Name: Modelowanie za pomocą przejść nasycalnych optycznych - produkcja i charakterystyka (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 19 s
Description: Poznaj metodę nanolitografii optycznej wykorzystującą przejścia nasycalne do tworzenia struktur subfalowych. Technika oparta na fotochromowych cząsteczkach pokonuje granicę dyfrakcji konwencjonalnej litografii.

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

Podziękowania dla Michaela Knutsona, Paula Hamrica, Grega Scotta i Chrisa Landesa za pomocne dyskusje i pomoc związaną z niestandardowym uchwytem na próbki w atmosferze obojętnej oraz pomoc w warsztacie mechanicznym dla studentów Uniwersytetu Utah. P.C. uznaje NSF GRFP w ramach grantu nr 0750758. P.C. dziękuje za stypendium University of Utah Nanotechnology Training Fellowship. R.M. dziękuje za nagrodę NSF CAREER Award nr 1054899 i dofinansowanie z Inicjatywy USTAR.

UWAGA: wykonaj wszystkie poniższe czynności w warunkach pomieszczenia czystego klasy 100 lub wyższej.
1. Przygotowanie próbki
<ol>
	<li>Wyczyść płytkę krzemową o średnicy 2 cali roztworem buforowanego wytrawiania tlenkiem (BOE) (6 części 40% NH4F i 1 część 49% HF) przez 2 minuty (Uwaga: niebezpieczne chemikalia). Wybierz ten czas wytrawiania, aby usunąć wszelkie substancje organiczne lub zanieczyszczenia z powierzchni. Płukać wodą dejonizowaną (DI) przez około 5 minut. Suchy wafel z suchym N2, 
	UWAGA: Nigdy nie pracuj samodzielnie podczas korzystania z HF. Zawsze noś okulary ochronne z osłoną twarzy i środkami ochrony osobistej (PPE) na wypadek rozlania. Opublikuj wytyczne dotyczące stosowania i postępowania z odpadami HF w laboratorium, w którym przeprowadza się trawienie. 
	UWAGA: Kroki od 1.2 do 1.7 służą wyłącznie do blokowania elektrochemicznego. W przypadku blokowania przez rozpuszczenie przejdź do kroku 2.</li>
	<li>Aby położyć elektrodę roboczą, napyl 100 nm platyny (Pt) na czystą płytkę krzemową o średnicy 2 cali.</li>
	<li>Przed wytrawieniem cienkiej warstwy platynowej należy oczyścić komorę RIE z wszelkich zanieczyszczeń lub resztek fotorezystu z poprzednich suchych wytrawiań.</li>
	<li>Pompuj w dół komory, aż zostanie osiągnięte ciśnienie podstawowe 1 × 10-5 Torr. Upewnij się, że moc RF jest ustawiona na 200 W, a natężenia przepływu tlenu i argonu są ustawione odpowiednio na 50 sccm i 10 sccm. Zapal plazmę Ar/O2 i pracuj przez co najmniej 1 godzinę.</li>
	<li>Wyłącz plazmę Ar/O2 i pozwól komorze odpowietrzyć się przez około 10 minut.</li>
	<li>Aby wytrawić powierzchnię cienkiej warstwy platyny, załaduj próbkę do komory RIE i przepompuj komorę do ciśnienia podstawowego 1 × 10-5 Torr. Tym razem ustaw natężenie przepływu argonu na 0 sccm. Zapal plazmęO2 i pozwól temu procesowi działać przez 30 minut.</li>
	<li>Wyłącz plazmęO2 i pozwól komorze odpocząć przez 10 minut.</li>
</ol>
2. Termiczne odparowanie cząsteczki fotochromu za pomocą niestandardowego parownika niskotemperaturowego (LTE)
<ol>
	<li>Napełnij łódź AlO2 30 mg zausznego źródła LTE i załaduj do niestandardowego źródła LTE (rysunek 6).</li>
	<li>Załaduj wafel krzemowy do uchwytu próbki.</li>
	<li>Uszczelnij porty komory i komorę pompy do ciśnienia podstawowego 1 x 10-6 Torr.</li>
	<li>Odparować aparat zauszny w temperaturze zadanej 100 °C, przy grubości filmu 30 nm.</li>
	<li>Natychmiast po odparowaniu należy naświetlić próbkę do 5 minut promieniowania UV, aby przekształcić materiał zauszny do formy zamkniętej, 1c.</li>
	<li>Aby określić wielkość próbki, należy rozciąć mały kawałek płytki za pomocą rysika diamentowego, aby zarysować linię od krawędzi powierzchni krzemu. Chwyć wafel po obu stronach linii zarysowania i zegnij wafel w dół, aż pęknie wzdłuż płaszczyzny kryształu.</li>
	<li>Wykonaj pomiary profilometryczne w celu sprawdzenia grubości cienkiej warstwy aparatu zausznego. Aby to zrobić, podrap próbkę za pomocą pęsety o cienkich krawędziach. Zmierz wysokość stopnia od tej rysy, która jest różnicą wysokości między prawą i lewą pozycją kursora. 
	UWAGA: Niedokładności w grubości filmu spowodują rozbieżności w dawce ekspozycji.</li>
	<li>Pozostałą próbkę należy przechowywać w komorze rękawicowym wypełnionymN2.</li>
</ol>
3. Ekspozycje
UWAGA: Wykonaj wszystkie ekspozycje w warunkach obojętnej atmosfery, aby zapobiec degradacji próbki.
<ol>
	<li>Rozszczepić próbkę, postępując zgodnie z tą samą procedurą, która została opisana w kroku 2.6.</li>
	<li>Załadować próbkę do uchwytu na próbkę w atmosferze obojętnej.</li>
	<li>Zamontuj obojętny uchwyt na próbkę na stoliku. Przedmuchnąć próbkę za pomocą N2.</li>
	<li>Wystawić próbkę na działanie żądanego czasu ekspozycji za pomocą interferometru, takiego jak ten pokazany na rysunku 8.</li>
</ol>
4. Utlenianie elektrochemiczne przy użyciu ogniwa trzyelektrodowego
UWAGA: Przeprowadź badania elektrochemiczne w warunkach obojętnej atmosfery, aby zapobiec degradacji próbki.
<ol>
	<li>Zacisnąć czystą szklaną fiolkę na górze płyty grzejnej. Umieścić czyste mieszadło w fiolce. Włącz mieszadło.</li>
	<li>Wyczyść nowy miedziany klips metanolem. Wyczyść przeciwelektrodę platynową metanolem.</li>
	<li>Za pomocą czystego miedzianego klipsa przetrzyj próbkę przez jeden z otworów w teflonowej nasadce fiolki. Upewnij się, że przypinasz tylko do odsłoniętej platyny.</li>
	<li>Umieścić teflonową nasadkę fiolki na fiolce. Przypnij czerwony przewód do platynowej przeciwelektrody, a przewód do miedzianego klipsa przytrzymującego próbkę.</li>
	<li>Za pomocą czystej strzykawki napełnić fiolkę przefiltrowaną wodą dejonizowaną (DI) przez drugi otwór w teflonowej nasadce fiolki. Napełnij tak wysoko, nie zanurzając żadnej odsłoniętej platyny na próbce.</li>
	<li>Pęcherzyk azotu przez wodę przez 3-5 minut. Wyłącz azot.</li>
	<li>Umieścić elektrodę odniesienia w drugim otworze w teflonowej nasadce fiolki. Przypnij biały przewód do elektrody referencyjnej. Sprawdź, czy żadna z gołych platyny na próbce nie jest zanurzona.</li>
	<li>Za pomocą woltamografu ustaw napięcie utleniania na 0,5 V/s.</li>
	<li>Po upływie żądanego czasu utleniania wyłącz zasilanie woltamografu.</li>
	<li>Usuń czerwone, czarne i białe zaciski z platynowej przeciwelektrody, miedzianego zacisku i elektrody odniesienia.</li>
	<li>Wystaw próbkę na działanie promieniowania UV przez 5 minut.</li>
</ol>
5. Opracowanie próbki — Blokowanie elektrochemiczne
UWAGA: Przeprowadzaj prace rozwojowe w warunkach obojętnej atmosfery, aby zapobiec degradacji próbki.
<ol>
	<li>Wywołać próbkę w przefiltrowanym 5 (wag.) izopropanolu i 95 (wag.) glikolu etylenowym przez żądany okres czasu. Uwaga: Zazwyczaj próbki o długości fali 50 nm są opracowywane przez 30-60 sekund, a próbki o długości fali 80 nm są opracowywane przez 60-180 sekund.</li>
	<li>Sucha próbka z suchymN2.</li>
	<li>Natychmiast wystawić próbkę na działanie 5 minut promieniowania UV.</li>
</ol>
6. Opracowanie próbki — Blokada rozpuszczania
UWAGA: Przeprowadzaj prace rozwojowe w warunkach obojętnej atmosfery, aby zapobiec degradacji próbki.
<ol>
	<li>Używając 100 ml glikolu etylenowego w czystej szklanej zlewce, wywołać odsłoniętą próbkę przez pożądany czas rozwoju.</li>
	<li>Sucha próbka z suchymN2. Natychmiast wystawić próbkę na działanie 5 minut promieniowania UV.</li>
</ol>
7. Wielokrotne ekspozycje
<ol>
	<li>W przypadku wielokrotnych ekspozycji powtórz kroki 3-6 z translacją próbki względem optyki.</li>
</ol>

<ol><li>Brimhall, N., Andrew, T. L., Manthena, R. V., Menon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Breaking+the+far-field+diffraction+limit+in+optical+nanopatterning+via+repeated+photochemical+and+electrochemical+transitions+in+photochromic+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Breaking the far-field diffraction limit in optical nanopatterning via repeated photochemical and electrochemical transitions in photochromic molecules.</a> Physical Review Letters. 107 (20), 205501(2011).</li>
<li>Cantu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subwavelength+nanopatterning+of+photochromic+diaryethene+films%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Subwavelength nanopatterning of photochromic diaryethene films.</a> Applied Physics Letters. 100 (18), 183103(2012).</li>
<li>Cantu, P., Andrew, T. L., Menon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanopatterning+of+diarylethene+films+via+selective+dissolution+of+one+photoisomer%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Nanopatterning of diarylethene films via selective dissolution of one photoisomer.</a> Applied Physics Letters. 103 (17), 173112(2013).</li>
<li>Abbe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beitr%C3%A4ge+zur+Theorie+des+Mikroskops+und+der+mikroskopischen+Wahrnehmung%5BTitle%5D)+AND+%22Archiv+f%C3%BCr+mikroskopische+Anatomie%22%5BJournal%5D)">Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung.</a> Archiv für mikroskopische Anatomie. 9 (1), 413-418 (1873).</li>
<li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Achieving+%CE%BB%2F20+resolution+by+one-color+initiation+and+deactivation+of+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Achieving λ/20 resolution by one-color initiation and deactivation of polymerization.</a> Science. 324 (5929), 910-913 (2009).</li>
<li>Fischer, J., von Freymann, G., Wegener, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+materials+challenge+in+diffraction-unlimited+direct-laser-writing+optical+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">The materials challenge in diffraction-unlimited direct-laser-writing optical lithography.</a> Advanced Materials. 22 (32), 3578-3582 (2010).</li>
<li>Mirkin, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beam+pen+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Beam pen lithography.</a> Nature Nanotechnology. 5, 637-640 (2010).</li>
<li>Xie, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manipulating+spatial+light+fields+for+micro-+and+nano-photonics%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+E%3A+Low-dimensional+Systems+and+Nanostructures%22%5BJournal%5D)">Manipulating spatial light fields for micro- and nano-photonics.</a> Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 44, 1109-1126 (2012).</li>
<li>Leroy, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed+metal-insulator+transition+in+vanadium+dioxide+films+induced+by+an+electrical+pulsed+voltage+over+nano-gap+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">High-speed metal-insulator transition in vanadium dioxide films induced by an electrical pulsed voltage over nano-gap electrodes.</a> Applied Physics Letters. 100 (21), 213507(2012).</li>
<li>Carr, D., Sekaric, L., Craighead, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+nanomechanical+resonant+structures+in+single-crystal+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Measurement of nanomechanical resonant structures in single-crystal silicon.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 16 (6), 3821-3824 (1998).</li>
<li>Wilhelmi, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+nanostructured+materials+with+a+focused+ion+beam%5BTitle%5D)+AND+%22Japanese+Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of nanostructured materials with a focused ion beam.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 47 (6), 2010-5014 (2008).</li>
<li>Hell, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Far-field+optical+nanoscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Far-field optical nanoscopy.</a> Science. 316 (5828), 1153-1158 (2007).</li>
<li>Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoimprint+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Nanoimprint lithography.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 14, 4129(1996).</li>
<li>Guillemette, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+topography+induces+3D+self-orientation+of+cells+and+extracellular+matrix+resulting+in+improved+tissue+function%5BTitle%5D)+AND+%22Integrative+Biology%22%5BJournal%5D)">Surface topography induces 3D self-orientation of cells and extracellular matrix resulting in improved tissue function.</a> Integrative Biology. 1 (2), 196-204 (2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Opisano wytwarzanie, konfigurację eksperymentalną i związane z tym procedury operacyjne Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). Wykorzystując liniowe właściwości przełączania stabilnych termicznie cząsteczek fotochromowych, projekt POST oferuje nowe perspektywy obchodzenia limitu dyfrakcji w polu dalekim. 1-2,4
Poprzednio wymóg długotrwałego przechowywania próbek został rozwiązany poprzez przechowywanie próbek w temperaturzeN2, bezpośrednio po początkowym odp...

Litografia optyczna ma kluczowe znaczenie w produkcji nanoskalowych struktur i urządzeń. Postęp w nowatorskich technikach litografii może umożliwić tworzenie nowych generacji nowatorskich urządzeń. 8-11 W artykule przedstawiono przegląd klasy optycznych technik litograficznych, które osiągają głęboką rozdzielczość poniżej długości fali przy użyciu nowatorskich fotoprzełączalnych cząsteczek. To podejście nazywa się wzorcowaniem poprzez przejścia optyczno-nasycone (POST). 1-3
POST to nowatorska technika nanowytwarzania, która w unikalny sposób łączy idee nasycania przejść optycznych molekuł fotochromowych, w szczególności (1,2-bis(5,5'-dimetylo-2,2'-bitiofen-yl))perfluorocyklopent-1-en. Potocznie związek ten jest określany jako BTE, rysunek 1, taki jak te stosowane w mikroskopii wymuszonej emisji i zubożenia (STED)12, z litografią interferencyjną, co czyni go potężnym narzędziem do wielkopowierzchniowego równoległego nanowzorca głębokich cech podfalowych na różnych powierzchniach z potencjalnym rozszerzeniem do 2 i 3 wymiarów.
Warstwa fotochromowa jest pierwotnie w jednym jednorodnym stanie. Gdy warstwa ta jest wystawiona na równomierne oświetlenie λ1, przechodzi w drugi stan izomeryczny (1c), rysunek 2. Następnie próbkę wystawia się na działanie zogniskowanego węzła w λ2, który przekształca próbkę w pierwszy stan izomeryczny (1o) wszędzie z wyjątkiem bliskiego sąsiedztwa węzła. Kontrolując dawkę ekspozycji, rozmiar nieprzekształconego obszaru może być dowolnie mały. Kolejny etap utrwalania jednego z izomerów może być selektywnie i nieodwracalnie przekształcony (zablokowany) do3 stanu (w kolorze czarnym) w celu zablokowania wzorca. Następnie warstwa jest naświetlana równomiernie na λ1, która konwertuje wszystko oprócz zablokowanego obszaru z powrotem do pierwotnego stanu. Sekwencja kroków może być powtarzana z przemieszczeniem próbki względem układu optycznego, w wyniku czego powstają dwa zablokowane obszary, których odstępy są mniejsze niż granica dyfrakcji pola dalekiego. W związku z tym dowolna geometria może być wzorowana w sposób "matrycy punktowej". 1-3

<table><tbody><tr><td>Isopropanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>P/7500/15</td><td>UWAGA: łatwopalny, należy stosować dobrą wentylację i unikać wszelkich źródeł zapłonu.</td></tr><tr><td>Buforowany tlenek trawiący</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>metanol</td><td>Ricca Chemical</td><td>48-293-2&nbsp;</td><td>UWAGA: łatwopalne, należy stosować dobrą wentylację i unikać wszelkich źródeł zapłonu.</td></tr><tr><td>Glikol etylenowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>324558</td><td>UWAGA: Szkodliwy w przypadku połknięcia</td></tr><tr><td>Wafel</td><td></td><td></td><td></td>krzemowy</tr><tr><td>Zlewki</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ze szkła diamentowego</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pęseta</td><td>Ted Pella</td><td>5226</td><td></td></tr><tr><td>Reaktywny system trawienia jonowego</td><td></td> Oxford <td>Plasma Lab 80 Plus</td><td></td></tr><tr><td>Obojętny Uchwyt na próbki atmosfery</td><td>Opatentowana, zaprojektowana</td><td></td><td></td>przez nas</tr><tr><td>polaryzacyjna kostka rozdzielacza wiązki</td><td>Thorlabs</td><td>PBS052</td><td></td></tr><tr><td>HeNe Laser</td><td>Melles Griot</td><td>25-LHP-171</td><td>UWAGA: Nosić okulary ochronne</td></tr><tr><td>Płyty półfalowe</td><td>Parownik termiczny Thorlabs</td><td>WPH05M-633</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Opatentowany przez siebie</td> zaprojektowany <td></td><td></td></tr><tr><td>TMV Produkty próżniowe Super</td><td>TMV</td><td>Super</td><td></td></tr><tr><td>Voltammograph</td><td>Systemy bioanalityczne</td><td>CV-37</td><td></td></tr><tr><td>Krótkofalowa lampa UV 365&nbsp; nm</td><td>UVP Analytik Jena Company</td><td>UVGL-25</td><td>UWAGA: Nosić okulary ochronne UV</td></tr></tbody></table>

modelowanie za pomocą przejść nasycalnych optycznych - produkcja i charakterystyka

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Ten protokół opisuje wytwarzanie i charakteryzację nanostruktur przy użyciu nowatorskiej techniki nanolitograficznej zwanej Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). W tej technice wykorzystuje się właściwości chemiczne organicznych cząsteczek fotochromowych, które ulegają reakcjom pojedynczych fotonów, umożliwiając szybkie nanowzorce z góry na dużych obszarach przy niskim natężeniu światła, co pozwala na obejście bariery dyfrakcyjnej dalekiego pola. 4 Badane są proste, opłacalne, wysokowydajne i rozdzielczościowe alternatywy dla nanowzorców, takie jak polimeryzacja dwufotonowa5,6, litografia piórkiem wiązkowym (BPL)7, litografia ze skaningową wiązką elektronów (SEBL) i wzorcowanie skupionej wiązki jonów (FIB). Jednak podejścia wielofotonowe wymagają dużego natężenia światła, co ogranicza ich potencjał do uzyskania wysokiej przepustowości i zapewnia niski kontrast obrazu. Chociaż procesy litograficzne wykorzystujące wiązkę elektronów i jonów oferują zwiększoną rozdzielczość, szeregowy charakter procesu jest ograniczony do niskich prędkości zapisu, co również zapobiega tworzeniu wzorów cech na dużych obszarach. Litografia piórem wiązkowym to podejście do równoległej litografii optycznej bliskiego pola. Jednak szczelina między źródłem wiązki a powierzchnią fotorezystu musi być kontrolowana niezwykle precyzyjnie, aby uzyskać dobrą jednorodność wzoru, co jest bardzo trudne do osiągnięcia w przypadku dużych układów wiązek. Patterning through Optical Saturable Transitions (POST) jest alternatywną techniką nanowzorcowania optycznego do modelowania cech o długości faliponiżej 1-3. Ponieważ technika ta wykorzystuje pojedyncze fotony zamiast elektronów, jest niezwykle szybka i nie wymaga dużych natężeń światła1-3, co otwiera drzwi do masowego zrównoleglania.

Wykonane próbki:
Różne czasy utleniania zostały scharakteryzowane, co zilustrowano na mikrografiach sił atomowych w Rysunku 3, przy napięciu utleniania 0,85 V wyznaczonym na podstawie woltamperometrii cyklicznej. Filmy o grubości 50 nm poddano działaniu fali stojącej o λ = 647 nm i okresie 400 nm przez 60 s przy gęstości mocy 0,95 mW/cm2. Wraz ze zwiększaniem czasu utleniania od 10 min do 25 min można wyraźnie zauważyć utratę kontrastu, ponieważ nie...

Informujemy, że limit dyfrakcji konwencjonalnej litografii optycznej może zostać pokonany poprzez wykorzystanie przejść organicznych pochodnych fotochromowych wywołanych przez ich fotoizomeryzację przy niskim natężeniu światła. 1-3 W tym artykule przedstawiono naszą technikę wytwarzania i dwa mechanizmy blokujące, a mianowicie: rozpuszczenie jednego fotoizomeru i utlenianie elektrochemiczne.

Modelowanie za pomocą przejść nasycalnych optycznych - produkcja i charakterystyka

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest wytworzenie nanostruktur o rozmiarach mniejszych niż długość fali z wykorzystaniem nowatorskiej techniki litografii optycznej pojedynczym fotonem. Osiąga się to poprzez naniesienie w pierwszym kroku warstwy cząsteczki fotochromowej na podłoże krzemowe. W drugim kroku próbka jest naświetlana krótkofalowym światłem ultrafioletowym, co powoduje przekształcenie izomerów z otwartym pierścieniem w izomery z zamkniętym pierścieniem.Następnie próbkę naświetla się falą stojącą, aby przywrócić cząsteczki do formy otwartego pierścienia, z wyjątkiem obszarów w bezpośrednim sąsiedztwie węzłów. Poprzez optyczne nasycenie tego przejścia, cząsteczki w formie izomeru zamkniętego pierścienia pozostają w obszarze znacznie mniejszym niż limit dyfrakcyjny w polu dalekim. Na koniec próbkę umieszcza się w rozpuszczalniku polarnym, w którym izomer zamkniętego pierścienia rozpuszcza się szybciej niż izomer otwartego pierścienia, pozostawiając nanostrukturę powierzchni. Uzyskane wyniki topografii w skali nano wykazują, że wzorowanie za pomocą optycznych przejść nasycalnych jest alternatywną techniką optycznego nanowzorowania pozwalającą na uzyskanie struktur o rozmiarach poniżej długości fali.Główne zalety tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak litografia wiązką elektronów, polegają na tym, że wzorowanie za pomocą przejść optycznych może być o rzędy wielkości szybsze, zapewniać bardziej precyzyjne wzory oraz być prostsze i tańsze w implementacji. Procedurę zademonstruje precious Cantu, doktorant z mojego laboratorium. Niniejszy protokół wymaga, aby wszystkie etapy były wykonywane w pomieszczeniu czystym klasy 100 lub lepszej.Aby przygotować próbkę do blokowania rozpuszczania, należy rozpocząć od dwucalowego wafla krzemowego, który został oczyszczony roztworem buforowanego trawienia tlenków i osuszony suchym azotem. Trzymając wafel w dłoni, przejdź do etapu odparowania termicznego. W tym laboratorium wykorzystuje się specjalistyczny parowar niskotemperaturowy; umieść wafel w uchwycie na próbki parowara, a następnie zamontuj uchwyt w urządzeniu. Na potrzeby tego protokołu łódka z tlenku glinu została wypełniona 30 mg BTE.Włożyć łódeczkę do źródła. W komorze ewaporatora należy uszczelnić porty i odessać powietrze do ciśnienia bazowego 10⁻⁶ Tor, a następnie przeprowadzić ewaporację BTE przy temperaturze zadanej 100 °C, aż do uzyskania grubości warstwy około 30 nanometrów.Niezwłocznie po zakończeniu procesu odparowywania i gdy system można już otworzyć, zdemontuj próbkę. Następnie przenieś ją w celu umieszczenia w komorze rękawicowej z atmosferą azotu i lampą UV. Na tym etapie próbka została umieszczona w komorze rękawicowej.W komorze rękawicowej. Próbkę należy umieścić pod lampą UV w celu zapewnienia równomiernego oświetlenia. Naświetlaj próbkę światłem UV przez pięć minut, aby przekształcić BTE w formę zamkniętą.Po naświetlaniu UV pobierz część próbki do analizy. W tym celu użyj rylca diamentowego, aby wyznaczyć mały obszar, rysując linię od krawędzi powierzchni krzemu. Następnie uchwyć wafelek po obu stronach linii i zginaj go w dół, aż pęknie wzdłuż płaszczyzny krystalicznej.Mniejsza część zostanie wykorzystana do charakterystyki po wyjęciu z komory rękawicowej. Przenieś mały fragment próbki do profilometru, aby zweryfikować grubość warstwy BTE. W celu wykonania pomiaru użyj pęsety z cienką końcówką, aby zrobić rysę na powierzchni wafla w próbce.Następnie zmierz wysokość stopnia powstałego w wyniku tego zarysowania. Po pomiarze grubości warstwy BTE, przenieś próbkę z powrotem do komory glove box w celu przygotowania jej do naświetlania. Prace należy prowadzić w atmosferze obojętnej wewnątrz glove box.Użyj rysika diamentowego, aby rozłupać podłoże i odłamać fragment do naświetlania. W tym przypadku fragment ma wielkość około jednego centymetra kwadratowego. Odłóż większy kawałek i przygotuj uchwyt próbek z atmosferą obojętną.Umieść próbkę do naświetlania w uchwycie na próbki. Przygotuj się do wyjęcia uchwytu z komory rękawicowej. Po przygotowaniu wyjmij uchwyt z komory rękawicowej, aby przenieść go do interferometru.Przy uchwycie interferometru znajduje się próbnik z atmosferą obojętną na stole pomiarowym. Po ustawieniu go w odpowiedniej pozycji, podłącz linię azotową do próbnika. Otwórz zawór w próbniku, aby przepłukać próbkę azotem.Następnie zamknij port, pozostawiając linię azotową na miejscu. Użyj interferometru, aby naświetlić próbkę przez pożądany czas ekspozycji.Po zakończeniu naświetlania w interferometrze należy usunąć atmosferę obojętną, uchwyt z próbką oraz samą próbkę. Przetransportuj je z powrotem do komory rękawicowej i umieść wewnątrz. Gdy próbka znajduje się już w komorze rękawicowej, przygotuj czystą szklaną zlewkę zawierającą 100 milliliters glikolu etylenowego.Wyjmij naświetloną próbkę z uchwytu i umieść ją w zlewce na wymagany czas wywoływania. Po upływie czasu wywoływania wyjmij próbkę ze zlewki. Szybko wyschnie ona w atmosferze azotu.Następnie tak szybko, jak to możliwe, zamocuj próbkę do oświetlenia światłem UV i naświetlaj ją przez pięć minut. Jest to wykres zależności grubości warstw molekularnych od czasu wywoływania dla dwóch form cząsteczek BTE. Dane dla formy otwartej połączono niebieską linią.Dane dla formy zamkniętej są połączone czerwoną linią. Wykres wykazuje wyższą rozpuszczalność cząsteczki w formie zamkniętej w rozpuszczalnikach polarnych. Aby zebrać te dane, połowę próbki przekształcono w formę zamkniętą, a drugą połowę w formę otwartą.Próbkę wywoływano w glikolu etylenowym przez kilka różnych czasów wywoływania, a następnie grubość pozostałej warstwy mierzono za pomocą profilometru. Poniżej przedstawiono obrazy z transmisyjnego mikroskopu elektronowego dla próbek wzorów uzyskanych przy pojedynczych ekspozycjach wywoływania przeprowadzonych w uchwycie próbek w atmosferze obojętnej. Rozmiary elementów wynoszą 196 nanometrów, 160 nanometrów oraz 85 nanometrów.Ostatni odpowiada szerokości linii wynoszącej w przybliżeniu lambda. W sekcji 7.4 dane z kilku ekspozycji przedstawiono za pomocą krzyżyków na wykresie zależności szerokości linii od czasu ekspozycji.Dla porównania niebieska krzywa przedstawia przewidywania prostego modelu, zakładającego padające oświetlenie sinusoidalne o okresie 457 nanometrów i wykorzystującego próg ekspozycji jako jedyny parametr dopasowania. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak implementować wzorowanie o superrozdzielczości za pomocą optycznych przejść odwracalnych.

patterning-via-optical-saturable-transitions-fabrication

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wzorcowanie poprzez optyczne przejścia nasycające - wytwarzanie i charakterystyka

Niebędąca podatna na fouling monowarstwa silanu PEG została desorbowana z indywidualnie adresowalnych elektrod ITO na szkle poprzez przyłożenie potencjału redukcyjnego. Elektrochemiczne usuwanie warstwy silanu PEG z mikroelektrod ITO umożliwiło adhezję komórek w sposób przestrzennie zdefiniowany, przy czym wzory komórkowe ściśle odpowiadały rozmieszczeniu elektrod.

Wzorcowanie komórek na optycznie przezroczystych elektrodach z tlenku indu i cyny

Wykorzystanie falowodów i wnęk fotonicznych zostało szeroko przyjęte przez społeczność fotoniczną w wielu różnych zastosowaniach. Dlatego produkcja i charakterystyka tych urządzeń cieszy się dużym zainteresowaniem. W artykule przedstawiono naszą technikę wytwarzania i dwie metody charakterystyki optycznej, a mianowicie: interferometrię (falowody) i rozpraszanie rezonansowe (wnęki).

Wytwarzanie i charakterystyka falowodów i wnęk wolnowodnych kryształów fotonicznych

Rozwijamy i charakteryzujemy nieuporządkowany światłowód polimerowy, który wykorzystuje poprzeczną lokalizację Andersona jako nowatorski mechanizm falowody. To mikrostrukturalne włókno może transportować małą zlokalizowaną wiązkę o promieniu porównywalnym z promieniem wiązki konwencjonalnych światłowodów.

Wytwarzanie i charakterystyka nieuporządkowanych światłowodów polimerowych do poprzecznej lokalizacji światła Andersona

Ten protokół opisuje metodę tworzenia wzorów komórkowych na SiO2 kompatybilną z mikrofabrykacją. Predefiniowany wzór parylenu-C jest drukowany fotolitograficznie na płytkach SiO2. Po inkubacji z surowicą (lub innym roztworem aktywacyjnym) komórki przylegają specyficznie (i rosną zgodnie z zgodnością) leżącego poniżej parylenu-C, będąc jednocześnie odpychane przez regiony SiO2.

Wzorcowanie komórek na zdefiniowanych fotolitograficznie 
Parylene-C: Substraty SiO2

Parametryczne wzbudzenia optomechaniczne zostały ostatnio eksperymentalnie zademonstrowane w mikroprzepływowych rezonatorach optomechanicznych za pomocą ciśnienia promieniowania optycznego i stymulowanego rozpraszania Brillouina. W artykule opisano wytwarzanie tych rezonatorów mikroprzepływowych wraz z metodologiami generowania i weryfikacji oscylacji optomechanicznych.

Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Pokazano wytwarzanie siatek o wysokim kontraście jako elementu dyspersyjnego rozdzielającego równoległe spektrum w skoncentrowanym systemie fotowoltaicznym. Opisano procesy wytwarzania, w tym litografię nanoimprint, rozpylanie TiO2 i reaktywne trawienie jonowe. Wyniki pomiarów współczynnika odbicia służą do scharakteryzowania parametrów optycznych.

Wykonanie siatek o wysokim kontraście dla elementu dyspersyjnego rozdzielającego widmo w skoncentrowanym systemie fotowoltaicznym

Wielokolorowa detekcja fluorescencji w mikrofluidyce kropelkowej zazwyczaj obejmuje nieporęczne i złożone systemy detekcji oparte na mikroskopie epifluorescencyjnym. Tutaj opisujemy kompaktowy i modułowy schemat detekcji wielokolorowej, który wykorzystuje szereg światłowodów do czasowego kodowania wielokolorowych danych zebranych przez pojedynczy fotodetektor.

Wielokolorowa detekcja fluorescencji dla mikrofluidyki kropelkowej z wykorzystaniem światłowodów

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

Optyczne fantomy tkanek są niezbędnymi narzędziami do kalibracji i charakterystyki systemów obrazowania optycznego oraz walidacji modeli teoretycznych. W tym artykule szczegółowo opisano metodę wytwarzania fantomów, która obejmuje replikację właściwości optycznych tkanek i trójwymiarowej struktury tkanki.

Wytwarzanie i charakterystyka fantomów tkanek optycznych zawierających makrostrukturę

Tutaj prezentujemy protokoły analiz detekcji różnicowej czasowo-rozdzielczej spektroskopii oscylacyjnej w podczerwieni i dyfrakcji elektronów, które umożliwiają obserwacje deformacji lokalnych struktur wokół fotowzbudzonych cząsteczek w kolumnowym ciekłym krysztale, dając atomową perspektywę na związek między strukturą a dynamiką tego fotoaktywnego materiału.

Nowatorskie techniki obserwacji dynamiki strukturalnej fotoczułych ciekłych kryształów

W tym artykule prześledzono cykl życia rezonatora membranowego z azotku krzemu, od projektu, przez produkcję, aż po charakterystykę.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów membranowych z azotku krzemu o wysokiej zawartości Q

Poznaj metodę nanolitografii optycznej wykorzystującą przejścia nasycalne do tworzenia struktur subfalowych. Technika oparta na fotochromowych cząsteczkach pokonuje granicę dyfrakcji konwencjonalnej litografii.

Modelowanie za pomocą przejść nasycalnych optycznych - produkcja i charakterystyka

Przeglądaj więcej filmów