Name: Wytwarzanie nanoluk za pomocą Nanoskiving (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-05-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 36 s
Description: Poznaj metodę nanoskivingu do wytwarzania nanoprzewodów o wysokim współczynniku proporcji bez użycia litografii. Technika ta wykorzystuje samoorganizujące się monowarstwy i mikrotom ultracienki do tworzenia nanostruktur metalowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca jest częścią Wspólnego Programu Solarnego (JSP) Hyet Solar i Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie FOM, który jest częścią Holenderskiej Organizacji Badań Naukowych (NWO).

1. Przygotowanie bloku do podziału na sekcje
<ol>
 Poddaj 3-calową <li>płytkę krzemową klasy technicznej działaniu środka do czyszczenia plazmą powietrzną przez 30 sekund, a następnie wystaw ją na działanie oparów (tridekafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooktylo)trichlorosilanu przez godzinę. nuta: Ten krok jest konieczny przed krokiem 1.4, aby zapobiec przywieraniu żywicy epoksydowej do płytki krzemowej. </li>
 <li>Umieść warstwę złota (zwykle o grubości 100 nm, która określa szerokość drutów) przez teflonowy master (który określa długość powstałych drutów; 0,5 mm, 1 mm lub 1,5 mm) na wstępnie obrobionej płytce krzemowej.</li>
 <li>Przykryj całą płytkę ~ 8,5 ml prepolimeru epoksydowego Epofix i utwardź przez trzy godziny w temperaturze 60 °C. </li>
 <li>Zdzieraj warstwę złota za pomocą szablonu, ostrożnie odrywając żywicę epoksydową od płytki, tak aby złoto pozostało przyczepione do utwardzonej żywicy epoksydowej. Włóż krawędź żyletki na styku płytki krzemowej i żywicy epoksydowej, a następnie delikatnie oderwij warstwę epoksydową od płytki silikonowej. Ze względu na słabą przyczepność złota do fluorowanej płytki krzemowej (krok 1.1), cechy złota pozostają przyklejone do żywicy epoksydowej. nuta: Uważaj, aby nie złamać płytki krzemowej, w przeciwnym razie cząsteczki krzemu uszkodzą nóż diamentowy na etapie cięcia.</li>
 <li>Ta sama maska teflonowa jest umieszczana z powrotem na złotych elementach, ale bocznie przesunięta o ~ 80% najkrótszego wymiaru złotych elementów i osadza warstwę aluminium lub srebra przez mistrz teflonowy. Grubość tej warstwy określi odstępy między nano-szczelinami między złotymi drutami. Dolna granica zależy od metalu, ale wynosi ~ 5 nm dla aluminium i srebra, poniżej których warstwy stają się nieciągłe. nuta: To przesunięcie ostatecznie określi długość nakładania się dwóch złotych elektrod i można je zmierzyć za pomocą mikrolinijki. </li>
 <li>W przypadku przerw poniżej 5 nm: Zanurzyć złoto pozbawione matrycy na żywicy epoksydowej w 1 mM roztworze alkaneditiolu w etanolu (lub innym rozpuszczalniku, który nie pęcznieje żywicy epoksydowej) przez noc w zamkniętej komorze, która jest przedmuchiwana azotem (w celu złagodzenia spontanicznego tworzenia się dwusiarczków). (W tej pracy używamy 1,12-dodekanedytiolu, 1,14-tetradecanedithiolu lub 1,16-heksadekanedytiolu do uzyskania szczelin o różnych szerokościach poniżej 3 nm.) Usunąć usunięte z matrycy podłoże złoto-epoksydowe z roztworu tworzącego SAM. Opłucz go etanolem i osusz azotem przed suszeniem w temperaturze 60 przez 2 minuty. </li>
 <li>Jeśli używasz SAM, umieść maskę teflonową z powrotem na podłożu epoksydowym, ale z bocznym przesunięciem o ~ 80% najkrótszego wymiaru złotych elementów. Jeśli używasz metalu, maska jest już na swoim miejscu po kroku 1.5, więc nie zmieniaj pozycji maski po osadzeniu aluminium lub srebra. </li>
 <li>Umieść drugą warstwę złota lub innego metalu przez maskę. Ta warstwa będzie zazwyczaj składała się z tego samego metalu o grubości co pierwsza (w tym przypadku o grubości 100 nm).</li>
 <li>Zdejmij maskę teflonową, uważając, aby nie zarysować elementów, co spowoduje pęknięcie nanodrutów.</li>
 <li> Ponownie zanurzyć całe podłoże w prepolimerze Epofix (~ 8,5 ml) i utwardzić przez co najmniej trzy godziny w temperaturze 60. </li>
 <li>Wytnij elementy za pomocą piły jubilerskiej (na kawałki ~ 4 x 10 mm) i umieść je w osobnym dołku w polietylenowej formie do mikrotomów "trumny". </li>
 <li>Napełnij formę prepolimerem Epofix i utwardź przez noc w temperaturze 60 °C. </li>
</ol>
2. Podział na sekcje
<ol>
 <li>Wyjmij blok z formy polietylenowej i zamontuj go w uchwycie na próbki.</li>
 <li>Przymocuj uchwyt na próbkę do nasadki do przycinania i zamontuj go w ultramikrotomie.</li>
 <li>Oczyść żyletkę etanolem, aby usunąć smar i fragmenty metalu oraz sprawdź krawędź żyletki pod stereoskopem ultramikrotomu. Wszelkie pozostałe odłamki uszkodzą nóż diamentowy podczas cięcia. Przytnij blok do szerokości noża diamentowego (używamy 2 mm lub 4 mm Diatome Ultra 35 °) w kształcie trapezu (ponieważ jest to najbardziej stabilny kształt do cięcia). Uwaga: niektóre ultramikrotomy wykorzystują nasadki do przycinania, które montuje się na ramieniu tnącym, ale lepsze wyniki osiągamy za pomocą żyletek. </li>
 <li>Wyrównaj krawędź noża do szkła równolegle do dolnej krawędzi powierzchni bloku.</li>
 <li>Rozpocznij wstępne cięcie za pomocą ultramikrotomu (użyliśmy Leica EMUC-6) wyposażonego w szklany nóż, aby zdefiniować gładką powierzchnię na powierzchni bloku. </li>
 <li>Aby wytworzyć konstrukcję metalową, wymień szklany nóż na nóż diamentowy, wyrównaj go ponownie i przekrój blok na 100 nm przy 1 mm/s lub 50 nm przy 0,6 mm/s. Sekcje Epofix są stabilne do ~ 30 nm. Uwaga: łatwą weryfikacją grubości kształtowników jest ich kolor, który zmienia się przewidywalnie w funkcji grubości i nie zależy od użytej żywicy; Dostępne są karty referencyjne. 16</li>
 <li>Skrawki żywicy epoksydowej zawierające struktury należy zebrać z powierzchni wody w zbiorniku noża, pojedynczo za pomocą Perfect Loop (Electron Microscopy Sciences) lub jako wstęgi składające się z kilku odcinków na podłożu Si/SiO2 (dla SEM) lub SiO2 (dla pomiarów elektrycznych), umieszczając podłoże pod powierzchnią wody i powoli je podnosząc. </li>
 <li>Suszyć sekcje w temperaturze 60 °C przez 3 godziny, aby poprawić ich przyczepność do podłoża.</li>
 <li>Aby spopielić żywicę epoksydową, należy wystawić próbki na działanie plazmy tlenowej (15 minut przy ciśnieniu 1 mbar wystarcza do usunięcia wszystkich śladów żywicy epoksydowej z odcinków o grubości 100 lub 50 nm). nuta: W przypadku wytwarzania nanostruktur do pomiarów elektrycznych, ten krok należy wykonać po kroku 4. </li>
</ol>
3. Wytrawianie warstwy ofiarnej
<ol>
 <li>W przypadku aluminium: Umieść sekcje zawierające aluminium w 2 M wodnym roztworze HCl na 2 godziny. W przypadku srebra: wystawić skrawki na działanie plazmy tlenowej przez 10 minut. Uwaga: wybór materiałów umożliwia trawienie na mokro (przy użyciu HCl) lub na sucho (przy użyciu plazmy tlenowej), jednak srebro można również usunąć przez trawienie na mokro. </li>
 <li>W przypadku SAM: Obróbka plazmowa częściowo wytrawia SAM, ale nie udało nam się scharakteryzować, w jakim stopniu. </li>
</ol>
4. Pomiary elektryczne
<ol>
 <li>Skrawki żywicy epoksydowej należy umieścić na podłożu SiO2, które zostało dokładnie oczyszczone (np. roztworem piranii) i wysuszyć (kroki 2.7 i 2.8).</li>
 <li>Zamontuj podłoże pod mikroskopem świetlnym lub stereoskopem przymocowanym do ultramikrotomu.</li>
 <li>Nałóż krople pasty srebrnej (lub atramentu węglowego) na dwa końce drutów w każdej sekcji. Te osadzone struktury metalowe będą widoczne jako linia (na granicy faz złoto/epoksydowa) lub, w przypadku grubszych struktur złota (z etapów osadzania), bezpośrednio widoczne. W obu przypadkach krople należy nakładać wystarczająco daleko od środka, aby skrócić nanoszczeliny.</li>
</ol>

<ol><li>Lipomi, D. J., Martinez, R. V., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+thin+sectioning+%28nanoskiving%29+to+fabricate+nanostructures+for+electronic+and+optical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Use of thin sectioning (nanoskiving) to fabricate nanostructures for electronic and optical applications.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 50 (37), 8566-8583 (2011).</li>
<li>Xu, Q., Rioux, R. M., Dickey, M. D., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoskiving%3A+A+new+method+to+produce+arrays+of+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Acc.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">Nanoskiving: A new method to produce arrays of nanostructures.</a> Acc. Chem. Res. 41 (12), 1566-1577 (2008).</li>
<li>Xu, Q., Rioux, R. M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+complex+metallic+nanostructures+by+nanoskiving%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Fabrication of complex metallic nanostructures by nanoskiving.</a> ACS Nano. 1 (3), 215-227 (2007).</li>
<li>Reed, M. A., Zhou, C., Muller, C. J., Burgin, T. P., Tour, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conductance+of+a+molecular+junction%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Conductance of a molecular junction.</a> Science. 278 (5336), 252-254 (1997).</li>
<li>Chen, W., Ahmed, H., Nakazoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulomb+blockade+at+77+k+in+nanoscale+metallic+islands+in+a+lateral+nanostructure%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Let%22%5BJournal%5D)">Coulomb blockade at 77 k in nanoscale metallic islands in a lateral nanostructure.</a> Appl. Phys. Let. 66 (24), 3383-3384 (1995).</li>
<li>Morpurgo, A. F., Marcus, C. M., Robinson, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+fabrication+of+metallic+electrodes+with+atomic+separation%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Let%22%5BJournal%5D)">Controlled fabrication of metallic electrodes with atomic separation.</a> Appl. Phys. Let. 74 (14), 2084-2086 (1999).</li>
<li>Paska, Y., Haick, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+cross-linking+changes+within+a+self-assembled+monolayer+in+a+nanogap+junction%3A+A+tool+for+investigating+the+intermolecular+electronic+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Systematic cross-linking changes within a self-assembled monolayer in a nanogap junction: A tool for investigating the intermolecular electronic coupling.</a> J. Am. Chem. Soc. 132 (6), 1774-1775 (2010).</li>
<li>Park, J., Pasupathy, A. N., Goldsmith, J. I., Chang, C., Yaish, Y., Petta, J. R., Rinkoski, M., Sethna, J. P., Abruna, H. D., McEuen, P. L., Ralph, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulomb+blockade+and+the+kondo+effect+in+single-atom+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Coulomb blockade and the kondo effect in single-atom transistors.</a> Nature. 417 (6890), 722-725 (2002).</li>
<li>Nagase, T., Kubota, T., Mashiko, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+nano-gap+electrodes+for+measuring+electrical+properties+of+organic+molecules+using+a+focused+ion+beam%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Fabrication of nano-gap electrodes for measuring electrical properties of organic molecules using a focused ion beam.</a> Thin Solid Films. 438-439, 374-377 (2003).</li>
<li>Kubatkin, S., Danilov, A., Hjort, M., Cornil, J., Brédas, J. -L., Stuhr-Hansen, N., Hedegård, P., Bjørnholm, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Electron+Transistor+of+a+Single+Organic+Molecule+with+Access+to+Several+Redox+States%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Single-Electron Transistor of a Single Organic Molecule with Access to Several Redox States.</a> Nature. 425 (6959), 698-701 (2003).</li>
<li>Notargiacomo, A., Foglietti, V., Cianci, E., Capellini, G., Adami, M., Faraci, P., Evangelisti, F., Nicolini, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+force+microscopy+lithography+as+a+nanodevice+development+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Atomic force microscopy lithography as a nanodevice development technique.</a> Nanotechnology. 10 (4), 458-463 (1999).</li>
<li>Qin, L., Park, S., Huang, L., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-wire+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">On-wire lithography.</a> Science. 309 (5731), 113-115 (2005).</li>
<li>Hatzor, A., Weiss, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+rulers+for+scaling+down+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Molecular rulers for scaling down nanostructures.</a> Science. 291 (5506), 1019-1020 (2001).</li>
<li>Pourhossein, P., Chiechi, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directly+addressable+sub-3+nm+gold+nano-gaps+fabricated+by+nanoskiving+using+self-assembled+monolayers+as+templates%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Directly addressable sub-3 nm gold nano-gaps fabricated by nanoskiving using self-assembled monolayers as templates.</a> ACS Nano. 6, 5566-5573 (2012).</li>
<li>Lipomi, D. J., Ilievski, F., Wiley, B. J., Deotare, P. B., Lončar, M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+fabrication+and+magnetic+positioning+of+metallic+and+polymeric+nanowires+embedded+in+thin+epoxy+slabs%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Integrated fabrication and magnetic positioning of metallic and polymeric nanowires embedded in thin epoxy slabs.</a> ACS Nano. 3 (10), 3315-3325 (2009).</li>
<li>Mays, R. L., Pourhossein, P., Savithri, D., Genzer, J., Chiechi, R. C., Dickey, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thiol-containing+polymeric+embedding+materials+for+nanoskiving%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Thiol-containing polymeric embedding materials for nanoskiving.</a> Journal of Materials Chemistry C. , (2013).</li>
<li>Thuo, M. M., Reus, W. F., Nijhuis, C. A., Barber, J. R., Kim, C., Schulz, M. D., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Odd-even+effects+in+charge+transport+across+self-assembled+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Odd-even effects in charge transport across self-assembled monolayers.</a> J. Am. Chem. Soc. 133 (9), 2962-2975 (2011).</li>
<li>Song, H., Kim, Y., Jeong, H., Reed, M. A., Lee, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coherent+Tunneling+Transport+in+Molecular+Junctions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Coherent Tunneling Transport in Molecular Junctions.</a> J. Phys. Chem. C. 114 (48), 20431-20435 (2010).</li>
<li>Wang, W. Y., Lee, T., Reed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+Electron+Conduction+in+Self-Assembled+Alkanethiol+Monolayer+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Mechanism of Electron Conduction in Self-Assembled Alkanethiol Monolayer Devices.</a> Phys. Rev. B. 68 (3), 035416(2003).</li>
<li>Weiss, E. A., Chiechi, R. C., Kaufman, G. K., Kriebel, J. K., Li, Z., Duati, M., Rampi, M. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+defects+on+the+electrical+characteristics+of+Mercury-Drop+junctions%3A+Self-Assembled+monolayers+of+n-+Alkanethiolates+on+rough+and+smooth%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Influence of defects on the electrical characteristics of Mercury-Drop junctions: Self-Assembled monolayers of n- Alkanethiolates on rough and smooth.</a> 129 (14), 4336-4349 (2007).</li>
</ol>

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

W tym artykule zademonstrowaliśmy wytwarzanie struktur nanogap za pomocą nanoskivingu. Ta eksperymentalnie prosta metoda umożliwia wytwarzanie nanostruktur w tempie około jednej na sekundę, z kontrolą nad wszystkimi trzema wymiarami. Wielkość szczeliny jest definiowana przez włączenie warstw protektorowych aluminium i srebra lub samoorganizujących się monowarstw ditioli (co zapewnia rozdzielczość tak małą jak A). Nanostruktury mogą być umieszczane ręcznie na dowolnym podłożu i są bezpośrednio adresowalne elektrycznie, co...

Ten artykuł opisuje wytwarzanie elektrycznie adresowalnych nanodrutów ze złota o wysokim współczynniku kształtu, oddzielonych przerwami pojedynczych nanometrów, przy użyciu próżniowo osadzanego aluminium i srebra jako protektorowych warstw dystansowych dla przerw > 5 nm i samoorganizujących się monowarstw (SAM) alkanedithioli dla przerw tak małych jak 1,7 nm. Wytworzyliśmy te nanostruktury bez pomieszczenia czystego lub jakichkolwiek procesów fotolitograficznych, dzieląc struktury warstwowe ze złota oddzielone przekładką protektorową za pomocą ultramikrotomu, formy litografii krawędziowej znanej jako nanoskiving. 1-3 Ta metoda polega na połączeniu osadzania cienkich warstw metalu i cięcia za pomocą ultramikrotomu. Głównym krokiem w nanoskivingu jest krojenie cienkich odcinków za pomocą ultramikrotomu wyposażonego w diamentowy nóż, który jest przymocowany do łodzi pełnej wody, aby uzyskać płyty o grubości nawet ~ 30 nm. Ultramikrotomy są szeroko stosowane do przygotowywania cienkich próbek do obrazowania za pomocą mikroskopii optycznej lub elektronowej, a wielu z najbardziej doświadczonych praktyków ultramikrotomii wywodzi się ze środowiska biologicznego lub medycznego. Istnieje kilka metod wytwarzania nanoprzerw, w tym mechaniczne połączenia przerywane4, litografia wiązką elektronów5, galwanizacja elektrochemiczna6, 7 elektromigracja, litografia skupionej wiązki jonów,9 parowanie cienia,10 sonda skanująca i mikroskopia sił atomowych,11 litografia on-wire,12 i linijki molekularne. 13 Wszystkie te metody mają swoje własne cechy i zastosowania, ale wytwarzanie i eliminowanie nanoprzerw, zarówno w użytecznej liczbie, jak i przy precyzyjnej kontroli wymiarów szczeliny, pozostaje wyzwaniem. Ponadto metody te wiążą się z wysokimi kosztami eksploatacji, są ograniczone do klasy materiałów, które mogą przetrwać procesy trawienia, i mają ograniczoną rozdzielczość. Nanoskiving umożliwia szybkie wytwarzanie elektrycznie adresowalnych nanodrutów z odstępami pojedynczych nanometrów na blacie stołu. Interesuje nas szybkie prototypowanie nanostruktur dla elektroniki molekularnej, do której nano-wytwarzane elektrody nie wymagają specjalistycznych ani czasochłonnych technik; 14 Po wyprodukowaniu bloku można wytworzyć setki tysięcy nanostruktur (szeregowo) na żądanie. Technika ta nie ogranicza się jednak do SAM lub elektroniki molekularnej i jest ogólną metodą przygotowania luki między dwiema nanostrukturami. W tym artykule używamy srebra, aluminium i SAM jako warstw protektorowych do wytwarzania przerw o różnych rozmiarach między złotymi nanodrutami, ale technika ta nie ogranicza się do tych materiałów (lub do metalicznych nanodrutów). Przewody są typu pick-and-place i są kompatybilne z wyrównaniem magnetycznym, dzięki czemu można je umieszczać na dowolnych podłożach. 15 Kolejną mocną stroną nanoskivingu jest to, że zapewnia kontrolę nad wszystkimi trzema wymiarami. Wymiary próbek są określane na podstawie topografii podłoża (X), grubości osadzonej warstwy (Y) oraz grubości płyty wytworzonej przez ultramikrotom (Z). Rysunek 1 podsumowuje procedurę zastosowaną do wytworzenia nanodrutów w określonych odstępach. Złote elementy (o długości 1-2 mm) są osadzane przez odparowanie przez maskę teflonową na podłożu silikonowym. Prepolimer epoksydowy Epofix (Electron Microscopy Sciences) wylewa się na całą płytkę, pokrywając złote cechy, po utwardzeniu żywicy epoksydowej żywica epoksydowa jest oddzielana od płytki (tj. poprzez usuwanie matrycy); Złote elementy pozostają przyklejone do żywicy epoksydowej. W przypadku metalicznych warstw protektorowych aluminium lub srebro jest odparowywane z żądaną grubością przez maskę teflonową z przesunięciem 200 - 500 μm w stosunku do złotych elementów. Aby wytworzyć przerwy poniżej 5 nm, SAM tworzy się przez zanurzenie cech złota w roztworze etanolowym o sile 1 mM odpowiedniego ditiolu na noc. Drugi zestaw złota (lub innego metalu) osadza się, umieszczając teflonową maskę cieni na pierwszej warstwie złotych elementów (pokrytych srebrem, aluminium lub SAM) z przesunięciem 200 - 500 μm w stosunku do pierwszego odparowania. To przesunięcie ostatecznie określi najdłuższy wymiar szczeliny i można go dokładnie zmierzyć za pomocą mikrolinijki przed osadzeniem całej konstrukcji w żywicy epoksydowej w celu przekroju. Następnie cała struktura jest zatopiona w bloku żywicy epoksydowej, który następnie może być gotowy do przekroju za pomocą ultramikrotomu. Ramię próbki utrzymuje przygotowany blok, gdy nóż diamentowy zbliża się do niego w kontrolowanych krokach, które określą grubość płyt. Powstała sekcja unosi się na wodzie w łodzi.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Odczynnik/Materiał</td></tr><tr><td>Epofix żywica epoksydowa </td><td>Mikroskopia elektronowa</td><td>1232</td><td> </td></tr><tr><td> </td><td>Sciences</td><td></td><td> </td></tr><tr><td>Gold </td><td>Schone Edelmetaal B.V</td><td></td><td> </td></tr><tr><td>Aluminium </td><td>Umicore Materials AG</td><td></td><td> </td></tr><tr><td>Silver </td><td>Umicore Materials AG</td><td></td><td> </td></tr><tr><td>( tridekafluoro-1,1,2,2, </td><td>ABCR GmbH co. KG</td><td>78560-45-9</td><td> </td></tr><tr><td>-tetrahydrooktylo) </td><td></td><td></td><td> </td></tr><tr><td>trichlorosilan </td><td></td><td></td><td> </td></tr><tr><td>,12-dodekanedytiol </td><td>Syntetyzowany</td><td></td> w domu <td>Według: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006)</td></tr><tr><td>,14-tetradecanedithiol </td><td>syntetyzowany w domu</td><td></td><td> Według: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006)</td></tr><tr><td>,16-hexadecanedithiol </td><td>syntetyzowany w domu</td><td></td><td>Według: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006)</td></tr><tr><td colspan="4">Equipment</td></tr><tr><td>System osadzania termicznego </td><td>domowej budowy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultramicrotome </td><td>Leica Microsystems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nóż Dimanod ultra 35 </td><td>Diatome</td><td>DU3540</td><td></td></tr><tr><td>Nóż Dimanod ultra 45 </td><td>Scimed GMBH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy </td><td>JOEL</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Miernik źródłowy </td><td>Keithley</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Tabela 1. Tabele poszczególnych odczynników i sprzętu.</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie nanoluk za pomocą nanoskiving

Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

Istnieje kilka metod wytwarzania nanoszczelin z kontrolowanymi odstępami, ale precyzyjna kontrola nad sub-nanometrowymi odstępami między dwiema elektrodami - i generowanie ich w praktycznych ilościach - jest nadal wyzwaniem. Przygotowanie elektrod nanogap za pomocą nanoskivingu, który jest formą litografii krawędziowej, jest szybką, prostą i wydajną techniką. Metoda ta jest całkowicie mechanicznym procesem, który nie obejmuje żadnych etapów litografii światłem lub wiązką elektronów i nie wymaga żadnego specjalnego sprzętu ani infrastruktury, takiej jak pomieszczenia czyste. Nanoskiving służy do wytwarzania elektrycznie adresowalnych nanoszczelin z kontrolą nad wszystkimi trzema wymiarami; najmniejszy wymiar tych struktur jest określony przez grubość warstwy protektorowej (Al lub Ag) lub samoorganizujących się monowarstw. Przewody te można pozycjonować ręcznie, transportując je na kroplach wody i są one bezpośrednio adresowalne elektrycznie; Nie jest wymagana dalsza litografia, aby podłączyć je do elektrometru.

Struktury z nanoprzerwami przygotowaliśmy poprzez wprowadzenie dwóch metalicznych warstw poświęcalnych jako przekładek: aluminium i srebra. Warstwy te poddaliśmy trawieniu, aby uzyskać przerwy o pożądanej grubości. Zgodnie z opisem w sekcji Protocol, po sekcjonowaniu struktury zawierające srebro poddaliśmy działaniu plazmy tlenowej, a struktury zawierające aluminium – wodnego roztworu HCl. Na Rysunku 2 przedstawiono mikrografie z rozpylnego mikroskopu elektronowego (SEM) otrzymanych nanodrutów z separacj...

Opisano wytwarzanie elektrycznie adresowalnych, o wysokim współczynniku proporcji (> 1000:1) metalowych nanodrutów oddzielonych przerwami pojedynczych nanometrów przy użyciu albo warstw protektorowych aluminium i srebra, albo samoorganizujących się monowarstw jako szablonów. Te struktury nanoszczelinowe są wytwarzane bez pomieszczenia czystego lub jakichkolwiek procesów litograficznych wykorzystujących wiązkę foto- lub elektronów za pomocą litografii krawędziowej znanej jako nanoskiving.

Wytwarzanie nanoluk za pomocą Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wytworzenie elektrod z nanoprzerwą o wysokim współczynniku proporcji z wykorzystaniem nanoskivingu. Osiąga się to najpierw poprzez naniesienie cienkiej warstwy złota na wafelek krzemowy i przeniesienie jej na podłoże epoksydowe. Drugim krokiem jest utworzenie samoorganizującej się monowarstwy alkanotioli na warstwie metalu.Następnie nanosi się drugą warstwę złota, która jest przesunięta względem pierwszej. Ostatnim krokiem jest wykonanie cienkich przekrojów struktury za pomocą ultramikrotomu.Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak fotografie w skali mikro lub nano, jest możliwość wytworzenia na żądanie tysięcy elektrod z nanoprzerwą o rozdzielczości poniżej mikrometra i ich rozmieszczenia na dowolnym podłożu bez konieczności korzystania z pomieszczeń typu clean room czy konwencjonalnych procesów fotolitograficznych. Kształt i współczynnik proporcji nanoprzerw pozwalają na ich bezpośrednie adresowanie podczas pomiarów bez żadnych pośrednich etapów wytwarzania, takich jak definiowanie ścieżek kontaktowych. Aby rozpocząć wytwarzanie struktury, należy użyć trzymilimetrowego wafla krzemowego klasy technicznej.Poddaj próbkę działaniu oczyszczacza plazmowego powietrza przez 30 sekund. Następnie poddaj ją działaniu par perfluorowanego sinu przez jedną godzinę; po ekspozycji użyj maski teflonowej dostosowanej do pożądanej długości drutu, aby naparować warstwę złota na wstępnie potraktowany wafelek. Grubość naparowanej warstwy w tym doświadczeniu, wynosząca sto nanometrów, określa szerokość drutu. Po zakończeniu naparowania pokryj cały wafelek około 8,5 mililitrów prepolimeru epoksydowego.Umieść wafelek i żywicę epoksydową w piekarniku w temperaturze 60 °C na trzy godziny w celu utwardzenia. Po utwardzeniu, gdy próbka osiągnie temperaturę pokojową, wsuń krawędź żyletki w miejsce styku wafla krzemowego i żywicy epoksydowej. Delikatnie odklej warstwę epoksydową od wafla krzemowego w taki sposób, aby złoto pozostało przytwierdzone do żywicy. Należy uważać, aby nie rozbić wafla krzemowego, aby uzyskać szczeliny poniżej 5 nm.Wybierz odpowiedni alkanodiol dla pożądanej szerokości przerwy. Przygotuj jednomilimolowy roztwór alkanylowy w etanolu. Zanurz złoto na epoksydzie w tym roztworze samoorganizującej się monowarstwy.Umieść pojemnik w zamkniętej komorze przepłukanej azotem. Pozostaw go na noc. Po upływie co najmniej ośmiu godzin wyjmij pojemnik z zamkniętej komory i usuń złoty podłoże epoksydowe z roztworu samoorganizującej się monowarstwy.Opłucz go etanolem i osusz azotem. Następnie susz w temperaturze 60 °C przez dwie minuty. Dłuższy czas suszenia może uszkodzić warstwę SAM.Po wysuszeniu ponownie nałóż maskę teflonową na podłoże epoksydowe z przesunięciem bocznym wynoszącym około 80% krótszego wymiaru makroskopowego złotych struktur i naparuj drugą warstwę złota przez maskę. W tym doświadczeniu grubość drugiej warstwy jest taka sama jak pierwszej i wynosi 100 nanometrów. Po zakończeniu naparowania zdejmij maskę teflonową.Uważając, aby nie porysować struktur, zanurz cały podłoże w 8,5 mililitrów prepolimeru epoksydowego. Umieść go w piecu w temperaturze 60 stopni Celsjusza w celu utwardzenia przez trzy godziny.Po utwardzeniu i ochłodzeniu próbki należy użyć piły jubilerskiej, aby wyciąć fragmenty o wymiarach 4 mm na 10 mm. Każdy z nich należy umieścić w oddzielnej studzience polietylenowej formy do mikrotomu (tzw. coffin mold). Następnie formę należy wypełnić prepolimerem epoksydowym.Na koniec umieść próbkę w piekarniku w temperaturze 60 °C w celu utwardzenia przez noc. Aby wykonać skrawki próbki, wyjmij blok z formy polietylenowej i zamocuj próbkę w uchwycie do próbek. Przymocuj uchwyt do próbek do przystawki do przycinania, a następnie zamontuj go w ultramikrotomie.Następnie należy oczyścić żyletkę etanolem. Żyletkę należy sprawdzić pod stereomikroskopem, aby upewnić się, że nie ma na niej odłamków metalu. Za pomocą żyletki należy przyciąć bloczek do szerokości noża diamentowego.W kształcie trapezu wyposaż ultramikrotom w nóż szklany. Nóż powinien być ustawiony równolegle do dolnej krawędzi powierzchni bloku. Rozpocznij wstępne przycinanie, aby uzyskać gładką powierzchnię na górnej ściance bloku.Po zakończeniu procesu wytwarzania struktury metalicznej należy zastąpić nóż szklany nożem diamentowym. Ponownie ustawić nóż diamentowy tak, aby był równolegle do dolnej powierzchni bloku. W tym filmie blok jest skrawany do grubości 100 nanometrów z prędkością jeden milimetr na sekundę.Grubość tych przekrojów można zweryfikować, korzystając z kolorowych tablic referencyjnych. Jeśli planowane są pomiary elektryczne, należy umieścić podtkórkę z dwutlenku krzemu pod wodą w zbiorniku noża. Powoli podnoś podtkórkę, aby zebrać z powierzchni wody przekroje epoksydowe zawierające struktury.Suszyć przekroje w temperaturze 60 °C przez trzy godziny, aby poprawić ich przyleganie do podłoża. Pomiary elektryczne rozpoczyna się od umieszczenia oczyszczonych i wysuszonych przekrojów epoksydowych pod mikroskopem świetlnym; zatopione struktury metaliczne będą widoczne jako czarne linie lub będą widoczne bezpośrednio. W przypadku grubszych struktur złotych kontakty wykonuje się poprzez nałożenie kropel pasty srebrowej na dwa końce przewodów.W każdej z przedstawionych sekcji znajdują się mikrografie z transmisyjnego elektronowego mikroskopu skaningowego przedstawiające przerwy w trzech różnych strukturach nanoprzestworach, z których każda została przygotowana z użyciem innego alkoholu. Obrazy te wykonano po procesie popielania. Organiczne przerwy uzyskano za pomocą plazmy tlenowej, kolejno od góry do dołu: przy użyciu 1-dodekanolu, 1-tetradekanolu oraz 1-heksadekanolu.Przerwy są jakościowo większe wraz ze wzrostem długości cząsteczek. Wszystkie przerwy znajdują się poniżej granicy rozdzielczości instrumentu wynoszącej 4 nm. Ilościowe potwierdzenie zwiększania się rozmiaru przerwy widoczne jest na wykresie zależności logarytmu gęstości prądu od napięcia dla każdej z tych struktur, gdzie czarne kwadraty reprezentują dane dla urządzeń z jedną cząsteczką dodekanu.Czerwone trójkąty reprezentują urządzenia 14 tetra decade HY, a niebieskie okręgi urządzenia 16 HEXA decade AL. Wstawka przedstawia logarytm gęstości prądu przy 500 milliwoltów w funkcji długości cząsteczki AL użytej do stworzenia przerwy. Dobry dopasowanie liniowe potwierdza oczekiwanie wykładniczego spadku prądu wraz ze wzrostem długości cząsteczki, a nachylenie jest zgodne z innymi pomiarami tunelowania przez al Canes.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat wytwarzania elektrod z nano-przerwą o różnych szerokościach szczelin przy użyciu techniki nano skying.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Wytwarzanie nanoszczelin przez nanocięcie

Przedstawiamy metody wytwarzania wzorowanych mikrostruktur z pionowo wyrównanych nanorurek węglowych (CNTs) oraz ich zastosowanie jako form macierzystych do produkcji polimerowych mikrostruktur z uporządkowaną nanostrukturą powierzchni. Las nanorurek CNT jest zagęszczany poprzez kondensację rozpuszczalnika na podłożu, co znacznie zwiększa ich gęstość upakowania i umożliwia samokierowane tworzenie kształtów 3D.

Wytwarzanie, zagęszczanie i odlewanie replik trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych

Opisujemy technikę nanoformowania, która pozwala na tanie wzorowanie na nanoskali funkcjonalnych materiałów, stosów materiałów i całych urządzeń. Nanoformowanie może być wykonywane na dowolnym zestawie nanoimprintingu i może być stosowane do szerokiej gamy materiałów i procesów osadzania.

Nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna metoda komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu

Opisano metodę trwałego łączenia dwóch płytek krzemowych w celu uzyskania jednolitej obudowy. Obejmuje to przygotowanie płytek, czyszczenie, klejenie RT i procesy wyżarzania. Powstałe połączone płytki (komórki) mają jednorodność obudowy ~1%1,2. Uzyskana geometria pozwala na pomiary zamkniętych cieczy i gazów.

Wytwarzanie jednolitych wnęk w nanoskali za pomocą bezpośredniego łączenia płytek krzemowych

Przedstawiono protokół wytwarzania dużego obszaru nanowzorzystego podłoża z małych form o nanowzorze do badania nanotopograficznej modulacji zachowania komórek.

Ekspandowanie nanowzorzystych substratów przy użyciu techniki ściegu do nanotopograficznej modulacji zachowania komórek

Przedstawiamy protokół wytwarzania wnęk kryształów fotonicznych 1D na włóknach krzemionkowych o średnicy podfalowej (nanowłókna optyczne) za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym.

Wytwarzanie 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym

Przedstawiono protokół projektowania i produkcji nowatorskiego rezonatora z dzielonym pierścieniem (SRR) opartego na nanofilarach.

Wytwarzanie rezonatorów z dzielonym pierścieniem na bazie nanofilarów do rezonansów za pośrednictwem prądu przemieszczenia w metamateriałach terahercowych

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania gradientowych płytek nanowzorcowych za pomocą termicznego nanoimprintingu oraz metodę przesiewowego wykrywania odpowiedzi ludzkich komórek progenitorowych śródbłonka na nanostruktury. Dzięki zastosowaniu opisanej technologii możliwe jest wytworzenie rusztowania, które może manipulować zachowaniem komórki za pomocą bodźców fizycznych.

Wytwarzanie gradientowego nanowzoru za pomocą techniki nanoimprintingu termicznego i badanie przesiewowe odpowiedzi komórek tworzących kolonie śródbłonka

Artykuł ma na celu wprowadzenie standardowej i niezawodnej procedury produkcji dla rozwoju przyszłej niskowymiarowej nanoelektroniki.

Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

Prezentowana jest prosta metoda wytwarzania nano-mikro wieloskalowych struktur dla funkcjonalnych powierzchni, poprzez agregację nanowłókien wytworzonych za pomocą anodowego filtra z tlenku glinu.

Wieloskalowe struktury agregowane za pomocą nadrukowanych nanowłókien dla powierzchni funkcjonalnych

Pokazujemy wytwarzanie kanałów o nanowysokości z integracją urządzeń do aktywacji powierzchniowej fali akustycznej na niobianie litu dla nanofluidyki akustycznej za pomocą fotolitografii liftoff, nano-głębokiego reaktywnego trawienia jonowego i plazmowego aktywowanego powierzchniowo wielowarstwowego wiązania monokryształowego niobianu litu w temperaturze pokojowej, procesu podobnie użytecznego do wiązania niobianu litu z tlenkami.

Wytwarzanie kanałów o nanowysokości wykorzystujących aktywację powierzchniowej fali akustycznej za pomocą niobianu litu w nanofluidyce akustycznej

Nowo opracowany mikro-wzorzysty chip z okienkami z tlenku grafenu jest wytwarzany przy użyciu technik systemów mikroelektromechanicznych, umożliwiając wydajne i wysokoprzepustowe obrazowanie kriogenicznej mikroskopii elektronowej różnych biomolekuł i nanomateriałów.

Wytwarzanie mikrowzorzystego chipa o kontrolowanej grubości do wysokoprzepustowej kriogenicznej mikroskopii elektronowej

Poznaj metodę nanoskivingu do wytwarzania nanoprzewodów o wysokim współczynniku proporcji bez użycia litografii. Technika ta wykorzystuje samoorganizujące się monowarstwy i mikrotom ultracienki do tworzenia nanostruktur metalowych.

Wytwarzanie nanoluk za pomocą Nanoskiving

Przeglądaj więcej filmów