Name: Elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem porowatych i litych płytek krzemowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-08T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Poznaj elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem do tworzenia trójwymiarowych mikrostruktur w krzemie z rozdzielczością poniżej 100 nm. Ta metoda umożliwia projektowanie zaawansowanych elementów mikrooptycznych.

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

Dziękujemy dr Keng Hsu (University of Louisville) za spostrzeżenia dotyczące tej pracy; Laboratorium Fredericka Seitza Uniwersytetu Illinois oraz, ku jego pamięci, pracownikowi Scottowi Maclarenowi; Centrum Nauk o Ciele Stałym im. LeRoya Eyringa na Uniwersytecie Stanowym Arizony; oraz Science Foundation Arizona w ramach Bis Grove Scholars Award.

<ol><li>Ning, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer-Printing+of+Tunable+Porous+Silicon+Microcavities+with+Embedded+Emitters%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Photonics%22%5BJournal%5D)">Transfer-Printing of Tunable Porous Silicon Microcavities with Embedded Emitters.</a> ACS Photonics. 1 (11), 1144-1150 (2014).</li>
<li>Hirschman, K. D., Tsybeskov, L., Duttagupta, S. P., Fauchet, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon-based+light+emitting+devices+integrated+into+microelectronic+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Silicon-based light emitting devices integrated into microelectronic circuits.</a> Nature. 384, 338-341 (1996).</li>
<li>Cho, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscale+Origami+for+3D+Optics%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Nanoscale Origami for 3D Optics.</a> Small. 7 (14), 1943-1948 (2011).</li>
<li>Azeredo, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+nanowires+with+controlled+sidewall+profile+and+roughness+fabricated+by+thin-film+dewetting+and+metal-assisted+chemical+etching%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Silicon nanowires with controlled sidewall profile and roughness fabricated by thin-film dewetting and metal-assisted chemical etching.</a> Nanotechnology. 24 (22), 225305-225312 (2013).</li>
<li>Lin, C., Tsai, M., Wei, W., Lai, K., He, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Packaging+Glass+with+a+Hierarchically+Nanostructured+Surface%3A+a+universal+method+to+achieve+selfcleaning+omnidirectional+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Packaging Glass with a Hierarchically Nanostructured Surface: a universal method to achieve selfcleaning omnidirectional solar cells.</a> ACS Nano. 10 (1), 549-555 (2016).</li>
<li>Park, K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanotextured+Silica+Surfaces+with+Robust+Superhydrophobicity+and+Omnidirectional+Broadband+Supertransmissivity%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Nanotextured Silica Surfaces with Robust Superhydrophobicity and Omnidirectional Broadband Supertransmissivity.</a> ACS Nano. 6 (5), 3789-3799 (2012).</li>
<li>Kim, J., Joy, D. C., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+resist+thickness+and+etch+depth+for+fabrication+of+3D+structures+in+electron-beam+grayscale+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronics+Engineering%22%5BJournal%5D)">Controlling resist thickness and etch depth for fabrication of 3D structures in electron-beam grayscale lithography.</a> Microelectronics Engineering. 84 (12), 2859-2864 (2007).</li>
<li>Deng, S., Zhang, Y., Jiang, S., Lu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+three-dimensional+silicon+structure+with+smooth+curved+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micro%2FNanolithography%2C+MEMS%2C+and+MOEMS%22%5BJournal%5D)">Fabrication of three-dimensional silicon structure with smooth curved surfaces.</a> Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS. 15 (3), 0345031-0345036 (2016).</li>
<li>Azeredo, B. P., Lin, Y., Avagyan, A., Sivaguru, M., Hsu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Imprinting+of+Porous+Silicon+via+Metal-Assisted+Chemical+Etching%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Direct Imprinting of Porous Silicon via Metal-Assisted Chemical Etching.</a> Advanced Functional Materials. 26 (17), 2929-2939 (2016).</li>
<li>Azeredo, B., Hsu, K., Ferreira, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Electrochemical+Imprinting+of+Sinusoidal+Linear+Gratings+into+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Society+of+Mechanical+Engineers+-+International+Manufacturing+Science+and+Engineering+Conference%22%5BJournal%5D)">Direct Electrochemical Imprinting of Sinusoidal Linear Gratings into Silicon.</a> The American Society of Mechanical Engineers - International Manufacturing Science and Engineering Conference. , 1-6 (2016).</li>
<li>Li, H., Niu, J., Wang, G., Wang, E., Xie, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Production+of+Silicon+Nanostructures+with+Electrochemical+Nanoimprinting%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Electronic+Materials%22%5BJournal%5D)">Direct Production of Silicon Nanostructures with Electrochemical Nanoimprinting.</a> ACS Applied Electronic Materials. 1 (7), 1070-1075 (2019).</li>
<li>Kim, K., Ki, B., Choi, K., Lee, S., Oh, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resist-Free+Direct+Stamp+Imprinting+of+GaAs+via+Metal-Assisted+Chemical+Etching%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Resist-Free Direct Stamp Imprinting of GaAs via Metal-Assisted Chemical Etching.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (14), 13574-13580 (2019).</li>
<li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contact+electrification+induced+interfacial+reactions+and+direct+electrochemical+nanoimprint+lithography+in+n-type+gallium+arsenate+wafer%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Contact electrification induced interfacial reactions and direct electrochemical nanoimprint lithography in n-type gallium arsenate wafer.</a> Chemical Science. 8, 2407-2412 (2017).</li>
<li>Zhan, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+micro%2Fnano-machining%3A+principles+and+practices%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Electrochemical micro/nano-machining: principles and practices.</a> Chemical Society Reviews. 46 (5), 1526-1544 (2017).</li>
<li>Li, X., Bohn, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-assisted+chemical+etching+in+HF+%2F+H2O2+produces+porous+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Metal-assisted chemical etching in HF / H2O2 produces porous silicon.</a> Applied Physics Letters. 77 (16), 2572-2574 (2000).</li>
<li>Chartier, C., Bastide, S., Levy-Clement, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-assisted+chemical+etching+of+silicon+in+HF+-+H2O2%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Metal-assisted chemical etching of silicon in HF - H2O2.</a> Electrochimica Acta. 53, 5509-5516 (2008).</li>
<li>Chattopadhyay, S., Li, X., Bohn, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-plane+control+of+morphology+and+tunable+photoluminescence+in+porous+silicon+produced+by+metal-assisted+electroless+chemical+etching%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">In-plane control of morphology and tunable photoluminescence in porous silicon produced by metal-assisted electroless chemical etching.</a> Journal of Applied Physics. 91 (9), 6134-6140 (2002).</li>
<li>Torralba, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+patterning+of+silicon+by+contact+etching+with+anodically+biased+nanoporous+gold+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochemistry+Communications%22%5BJournal%5D)">3D patterning of silicon by contact etching with anodically biased nanoporous gold electrodes.</a> Electrochemistry Communications. 76, 79-82 (2017).</li>
<li>Bastide, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Patterning+of+Si+by+Contact+Etching+With+Nanoporous+Metals%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Chemistry%22%5BJournal%5D)">3D Patterning of Si by Contact Etching With Nanoporous Metals.</a> Frontiers in Chemistry. 7, 1-13 (2019).</li>
<li>Sharstniou, A., Niauzorau, S., Ferreira, P. M., Azeredo, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+nanoimprinting+of+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Electrochemical nanoimprinting of silicon.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (21), 10264-10269 (2019).</li>
<li>Niauzorau, S., Ferreira, P., Azeredo, B. Synthesis of Porous Noble Metal Films with Tunable Porosity by Timed Dealloying. The American Society of Mechanical Engineers - International Manufacturing Science and Engineering Conference. , 1-4 (2018).</li>
<li>Geyer, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Model+for+the+Mass+Transport+During+Metal-Assisted+Chemical+Etching+with+Contiguous+Metal+Films+As+Catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Model for the Mass Transport During Metal-Assisted Chemical Etching with Contiguous Metal Films As Catalysts.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 116 (24), 13446-13451 (2012).</li>
<li>Li, L., Liu, Y., Zhao, X., Lin, Z., Wong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uniform+Vertical+Trench+Etching+on+Silicon+with+High+Aspect+Ratio+by+Metal-Assisted+Chemical+Etching+Using+Nanoporous+Catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Uniform Vertical Trench Etching on Silicon with High Aspect Ratio by Metal-Assisted Chemical Etching Using Nanoporous Catalysts.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (1), 575-584 (2014).</li>
</ol>

Nie mamy nic do ujawnienia.

Stemple Mac-Imprint i wstępnie wzorzyste chipy Si (typ p, orientacja [100], 1-10 Ohm∙cm) zostały przygotowane zgodnie odpowiednio z sekcjami 1 i 2 protokołu. Odcisk Mac-Imprint wstępnie wzorzystego układu krzemowego ze stemplami zawierającymi wzorce hierarchiczne 3D został wykonany zgodnie z sekcją 3 protokołu (rysunek 9). Jak pokazano na rysunku 9a, zastosowano różne konfiguracje Mac-Imprint: lite Si z ciałem stałym Au (po lewej), porowate Si z...

Trójwymiarowe wzorowanie i teksturowanie półprzewodników w mikroskali i nanoskali umożliwia liczne zastosowania w różnych dziedzinach, takich jak optoelektronika1,2, fotonika3, powierzchnie antyrefleksyjne4, powierzchnie superhydrofobowe i samoczyszczące5,6, między innymi. Prototypowanie i masowa produkcja wzorów 3D oraz hierarchicznych została z sukcesem zrealizowana dla folii polimerowych za pomocą litografii miękkiej oraz litografii nanoimprintingowej z rozdzielczością poniżej 20 nm. Jednak przeniesienie takich trójwymiarowych wzorów polimerowych na Si wymaga selektywności trawienia wzoru maski podczas reaktywnego trawienia jonowego, co ogranicza współczynnik kształtu oraz powoduje zniekształcenia formy i chropowatość powierzchni ze względu na efekt powstawania charakterystycznych krawędzi (tzw. scalloping)7,8.
Opracowano nową metodę o nazwie Mac-Imprint, służącą do równoległego i bezpośredniego wzorowania porowatych9 i litek wafli krzemowych (Si)10,1, a także litek wafli GaAs12,13,14. Mac-Imprint jest techniką mokrego trawienia kontaktowego, która wymaga kontaktu podłoża ze stemplą powlekaną szlachetnym metalem, posiadającą struktury 3D, w obecności roztworu trawiącego (ES) składającego się z HF i utleniacza (np. H2O2 w przypadku Mac-Imprint dla Si). Podczas trawienia równocześnie zachodzą dwie reakcje15,16: reakcja katodowa (tj. redukcja H2O2 na metalu szlachetnym, podczas której generowane są dodatnie nośniki ładunku [dziury], a następnie wstrzykiwane do Si17) oraz reakcja anodowa (tj. rozpuszczanie Si, podczas którego dziury są zużywane). Po odpowiednim czasie kontaktu struktury 3D stemplą zostają wytrawione w waflu Si. Mac-Imprint posiada liczne zalety w porównaniu z konwencjonalnymi metodami litograficznymi, takie jak wysoka wydajność, kompatybilność z platformami roll-to-plate i roll-to-roll, możliwość zastosowania w amorficznym, mono- i polikrystalicznym Si oraz półprzewodnikach z grup III-V. Stemple Mac-Imprint mogą być wykorzystywane wielokrotnie. Dodatkowo metoda ta pozwala na uzyskanie rozdzielczości trawienia poniżej 20 nm, co jest porównywalne z współczesnymi metodami bezpośredniego zapisu.
Kluczem do uzyskania wysokiej wierności odcisku jest droga dyfuzji do frontu trawienia (tj. interfejsu styku katalizatora z podłożem). Praca Azeredo i wsp.9 po raz pierwszy wykazała, że dyfuzja ES jest możliwa dzięki porowatej sieci Si. Torralba i wsp.18 zgłosili, że w celu realizacji stałego odcisku Mac-Imprint z Si dyfuzja ES odbywa się poprzez porowaty katalizator. Bastide i wsp.19 oraz Sharstniou i wsp.20 dodatkowo zbadali wpływ porowatości katalizatora na dyfuzję ES. Tym samym koncepcja Mac-Imprint została przetestowana w trzech konfiguracjach o różnych drogach dyfuzji.
W pierwszej konfiguracji katalizator i podłoże są ciałami stałymi, co nie zapewnia początkowej drogi dyfuzji. Brak dyfuzji substratów prowadzi do reakcji wtórnej podczas imprintingu, w wyniku której na podłożu, wokół krawędzi interfejsu katalizator-Si, tworzy się warstwa porowatego Si. Następnie substraty ulegają wyczerpaniu i reakcja ustaje, co skutkuje brakiem zauważalnej wierności przeniesienia wzoru między stemplem a podłożem. W drugiej i trzeciej konfiguracji drogi dyfuzji są możliwe dzięki sieciom porowatym wprowadzonym albo w podłożu (tj. porowaty Si), albo w katalizatorze (tj. porowate złoto), co pozwala na osiągnięcie wysokiej dokładności przeniesienia wzoru. Zatem transport masy przez materiały porowate odgrywa kluczową rolę w umożliwianiu dyfuzji substratów i produktów reakcji do i z interfejsu styku9,18,19,20. Schemat wszystkich trzech konfiguracji przedstawiono na Rysunku 1.
<img alt="Schemat trawienia krzemu z dyfuzją, porowaty katalizator, ilustrujący selektywne trawienie umożliwione przez porowatość." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61040/61040fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Schematy konfiguracji Mac-Imprint. Rysunek ten podkreśla rolę materiałów porowatych w umożliwianiu dyfuzji reagujących gatunków chemicznych przez podłoże (tj. przypadek II: porowaty krzem) lub w stemplu (tj. przypadek III: cienka warstwa katalizatora wykonana z porowatego złota). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61040/61040fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
W niniejszej pracy szczegółowo omówiono proces Mac-Imprint, w tym przygotowanie stempla i wstępną obróbkę podłoża wraz z samym procesem Mac-Imprint. Sekcja wstępnej obróbki podłoża w protokole obejmuje czyszczenie wafla krzemowego i nadawanie wzoru na waflu krzemowym za pomocą trawienia suchego oraz anodowanie podłoża (opcjonalnie). Ponadto sekcja przygotowania stempla została podzielona na kilka procedur: 1) odlewanie repliki z PDMS z matrycy krzemowej; 2) nanoimprinting UV warstwy fotorezystu w celu przeniesienia wzoru PDMS; oraz 3) osadzanie warstwy katalitycznej metodą rozpylania magnetronowego, a następnie odmetaliwanie (opcjonalnie). Na koniec, w sekcji Mac-Imprint przedstawiono konfigurację procesu Mac-Imprint wraz z jego wynikami (tj. trójwymiarowe hierarchiczne wzorowanie powierzchni krzemowej).

<table><tbody><tr><td>Aceton, >99,5%, odczynnik ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-64-1</td><td>UWAGA, chemiczny</td></tr><tr><td>fluorek amonu, >98%, klasa ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>12125-01-8</td><td>UWAGA, niebezpieczny</td></tr><tr><td>roztwór wodorotlenku amonu, 28-30%, odczynnik ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1336-21-6</td><td>UWAGA, niebezpieczny</td></tr><tr><td>AZ 400K wywoływacz</td><td>Microchemicals</td><td>AZ 400K</td><td>UWAGA, chemiczny</td></tr><tr><td>BenchMark 800 Etch</td><td>Axic</td><td>BenchMark 800</td><td>Reaktywne trawienie jonowe</td></tr><tr><td>Tarcza chromowa, 2 "x 0,125", czystość 99,95%</td><td>Stopy ACI</td><td>ADM0913</td><td>Napylanie magnetronowe chrom</td></tr><tr><td>CTF 12</td><td>Carbolite Gero</td><td>C12075-700-208SN</td><td>Eksykator pieca rurowego</td></tr><tr><td></td><td>Fisher scientific Chemglass nauki przyrodnicze</td><td>CG122611</td><td>Eksykator</td></tr><tr><td>Żarówka</td> <td>UV F6T5/BLB</td><td>Eiko</td><td>F6T5/BLB 6W</td></tr><tr><td>Złoty cel, 2" x 0,125", czystość 99,99% Stopy</td><td>ACI</td><td>Nie dotyczy</td><td>Złota tarcza napylania magnetronowego</td></tr><tr><td>Płyta grzejna KW-4AH</td><td>Technologia Chemat</td><td>KW-4AH</td><td>Wypoziomowana płyta grzejna o jednolitym profilu temperaturowym</td></tr><tr><td>Kwas fluorowodorowy, 48%, odczynnik ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7664-39-3</td><td>UWAGA, skrajnie niebezpieczne</td></tr><tr><td>Nadtlenek wodoru, 30%, odczynnik ACS</td><td>Fisher Chemical</td><td>7722-84-1</td><td>UWAGA, niebezpieczny</td></tr><tr><td>alkohol izopropylowy, >99,5%, odczynnik ACS</td><td>LabChem</td><td>67-63-0</td><td>UWAGA, chemiczny</td></tr><tr><td>MLP-50</td><td>Techniki przetworników</td><td>MLP-50</td><td>Ogniwo obciążnikowe</td></tr><tr><td>Kwas azotowy, 70%, klasa ACS</td><td>SAFC</td><td>7697-37-2</td><td>UWAGA, niebezpieczny</td></tr><tr><td>NSC-3000</td><td>Nano-master</td><td>NSC-3000</td><td>Napylanie magnetronowe</td></tr><tr><td>Wodorotlenek potasu, 45%, Certyfikowany</td><td>Fisher Chemical</td><td>1310-58-3</td><td>UWAGA, chemiczna</td></tr><tr><td>pompa próżniowa Rocker 800, 110V/60Hz</td><td>Rocker</td><td>1240043</td><td>Bezolejowa pompa próżniowa</td></tr><tr><td>Silikonowa forma główna</td><td>NILT</td><td>SMLA_V1</td><td>Układ krzemowy z wzorem</td></tr><tr><td>Wafle krzemowe, wafel</td><td>uniwersytecki</td><td>najwyższej jakości 783</td><td>Wafel</td></tr><tr><td>Si Srebrny cel, 2 "x 0,125", czystość 99,99%</td><td>Stopy ACI</td><td>HER2318</td><td>Napylanie magnetronowe srebrny tarcza</td></tr><tr><td>SP-300</td><td>BioLogic</td><td>SP-300</td><td>Potencjostat</td></tr><tr><td>SPIN 150i</td><td>Powlekanie przędzalnicze</td><td>SPIN 150i</td><td>Powlekarka spinowa</td></tr><tr><td>SPR 200-7.0 dodatni fotorezystu</td><td>Microchem</td><td>SPR 220-7.0</td><td>UWAGA, chemia</td></tr><tr><td>Mieszanie płyta grzewcza</td><td>Thermo scientific Cimarec+</td><td>SP88857100</td><td>Płyta grzejna ogólnego przeznaczenia</td></tr><tr><td>SU-8 2015 fotorezystor ujemny</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2015</td><td>UWAGA, chemiczna</td></tr><tr><td>SYLGARD 184 Zestaw elastomerów silikonowych</td><td>DOW</td><td>4019862</td><td>UWAGA, chemiczny</td></tr><tr><td>T-LSR150B</td><td>Zaber Technologies</td><td>T-LSR150B-KT04U</td><td>Zmotoryzowany stolik liniowy</td></tr><tr><td>Trichloro(1H,1H,2H, 2H-perfluorooktylo)silan (PFOCS), 97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>78560-45-9</td><td>UWAGA, niebezpieczne</td></tr></tbody></table>

elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem porowatych i litych płytek krzemowych

Metal-Assisted Electrochemical Nanoimprinting of Porous and Solid Silicon Wafers

Elektrochemiczne imprinting wspomagany metalem (Mac-Imprint) to połączenie chemicznego trawienia wspomaganego metalem (MACE) i litografii nanoimprint, które jest zdolne do bezpośredniego modelowania 3D mikro- i nanoskalowych cech w monokrystalicznych półprzewodnikach grupy IV (np. Si) i III-V (np. GaAs) bez potrzeby stosowania szablonów protektorowych i etapów litograficznych. Podczas tego procesu stempel wielokrotnego użytku pokryty katalizatorem z metalu szlachetnego styka się z płytką Si w obecności mieszaniny kwasu fluorowodorowego (HF) i nadtlenku wodoru (H2O2), co prowadzi do selektywnego wytrawiania Si na granicy faz metal-półprzewodnik. W tym protokole omówiono metody przygotowania stempla i podłoża stosowane w dwóch konfiguracjach Mac-Imprint: (1) Porous Si Mac-Imprint ze stałym katalizatorem; oraz (2) Solid Si Mac-Imprint z porowatym katalizatorem. Proces ten charakteryzuje się wysoką przepustowością i jest zdolny do równoległego wzorcowania w skali centymetrowej z rozdzielczością poniżej 20 nm. Zapewnia również niską gęstość defektów i wzór na dużej powierzchni w jednej operacji oraz omija potrzebę trawienia na sucho, takiego jak głębokie reaktywne trawienie jonowe (DRIE).

Obrazy z mikroskopu elektronowego skaningowego (SEM), skany mikroskopu optycznego (Rysunek 9) oraz skany mikroskopii sił atomowych (AFM) (Rysunek 10) uzyskano w celu zbadania właściwości morfologicznych stempli Mac-Imprint oraz utlenionych powierzchni krzemu. Profil przekroju utlenionego stałego krzemu porównano z profilem użytego porowatego stempla złotego (Rysunek 10). Wierność transferu wzoru oraz...

Przedstawiono protokół chemicznego imprintingu 3D mikroskalowych elementów 3D z dokładnością poniżej 20 nm do stałych i porowatych płytek krzemowych.

Elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem porowatych i litych płytek krzemowych

Metal-assisted electrochemical imprinting (Mac-Imprint) is a combination of metal-assisted chemical etching (MACE) and nanoimprint lithography that is ...

Nasz protokół zapewnia nową metodę modelowania krzemu, która umożliwia tworzenie trójwymiarowych hierarchicznych mikrostruktur, które umożliwiają projektowanie elementów mikrooptycznych opartych na metapowierzchni i technologii falowodowych. Protokół ten pozwala na replikację struktur 3D z form polimerowych i twardych do monokrystalicznych i porowatych płytek krzemowych w jednym kroku. A jednocześnie zapewnia rozdzielczości poniżej 100 nanometrów we wszystkich trzech kierunkach.Porowaty krzem i sam krzem są świetnymi materiałami do wytwarzania biosensorów optycznych i urządzeń optycznych na podczerwień. Spodziewamy się jednak, że technika ta zostanie rozszerzona na półprzewodniki z grupy III-V, a nawet poza nią. Wyrównanie stempla do końcówki podłoża i pochylenia jest niezwykle ważne dla uzyskania jednolitego nadruku Mac.Zgodnie z tym protokołem, wyrównanie można wykonać poprzez zamontowanie stempla do uchwytu, gdy jest on w kontakcie z podłożem. Aby przygotować stempel do nadruku Mac, najpierw wyczyść silikonową formę wzorcową za pomocą roztworu RCA-1 zgodnie z krokami opisanymi w protokole, a następnie umieść czystą silikonową formę wzorcową w plastikowej szalce Petriego wewnątrz eksykatora. Użyj plastikowej pipety, aby dodać kilka kropli PFOCS do plastikowej łodzi wagowej i umieść łódkę obok naczynia z foremką wzorcową.Włącz pompę próżniową, otwórz zawór eksykatora i zastosuj podciśnienie przez 30 minut. Podczas stosowania próżni użyj szklanej szpatułki, aby wymieszać bazę i utwardzacz z zestawu elastomerów silikonowych w stosunku 10 do jednego przez 10 do 15 minut. Pod koniec wysuszania wyjmij łódkę wagową z eksykatora i przekładki spod silikonowej formy głównej, a następnie ostrożnie przykryj formę wzorcową dwu- lub trzymilimetrową warstwą świeżo przygotowanego PDMS.Aby odgazować PDMS po otwarciu zaworu eksykatora, należy zastosować podciśnienie przez dodatkowe 20 minut lub do momentu, gdy pęcherzyki znikną. Pod koniec drugiego okresu suszenia przenieś naczynie na płytę grzejną o temperaturze 80 stopni Celsjusza. Po dwóch godzinach za pomocą skalpela przyciąć krawędzie utwardzonego PDMS wewnątrz plastikowej szalki Petriego i za pomocą pęsety ostrożnie usunąć formę PDMS z silikonowej formy wzorcowej.W przypadku nanonadruku fotorezystu UV użyj rysika, aby odciąć chip krzemowy o wymiarach 2,5 na 2,5 centymetra z płytki krzemowej, czyszcząc go roztworem RCA-1 zgodnie z krokami opisanymi w protokole, a następnie umieść czysty chip na uchwycie próżniowym w powlekarce wirowej. Ustaw parametry powłoki wirowej zgodnie ze wskazaniami, aby nałożyć warstwę fotorezystu o grubości 20 mikrometrów na chip i naciśnij VAC ON, aby zastosować podciśnienie w systemie. Wlej 1,5 mililitra fotorezystu SU-8 2015 na środek chipa i zamknij pokrywę powlekarki wirowej.Następnie naciśnij Start, aby rozpocząć wirowanie. Pod koniec wirowania naciśnij VAC OFF, aby wyłączyć próżnię i użyj pęsety, aby usunąć wiór pokryty fotorezystem. Ostrożnie umieść formę PDMS na pokrytym fotorezystem silikonowym wzorze chipa stroną do dołu i ręcznie wciśnij formę w chip.Umieść przezroczystą szklaną płytkę UV na wierzchu PDMS, aby wywrzeć nacisk 15 gramów na centymetr kwadratowy formy i wióra, a następnie wystawić zestaw na działanie sześciowatowego światła UV przez dwie godziny. Pod koniec okresu naświetlania za pomocą pęsety powoli usuwaj formę z wióra w kierunku równoległym do kierunku utwardzonego wzoru fotorezystu. Aby nałożyć na chip warstwę stopu złota / srebra o grubości 250 nanometrów, najpierw umieść warstwę chromu o grubości 20 nanometrów i warstwę złota o grubości 50 nanometrów, zgodnie z opisem w protokole tekstowym.Następnie kliknij GUN 1 OPEN, aby otworzyć migawkę złotego i srebrnego pistoletu. Ustaw czas przetwarzania na 16.5 minuty i ustaw nastawę DC na 58, a nastawę RF na 150. Kliknij Obrót i ustaw natężenie przepływu argonu na 50 standardowych centymetrów sześciennych na minutę.Kliknij Argon, zasilanie prądem stałym i zasilanie RF. Gdy sygnał się ustabilizuje, ustaw regulator argonu na pięć. Kliknij przycisk Rozpocznij przy zerowej grubości, aby uruchomić monitor grubości kryształu i odpowiednio rozerwać grubość.Kliknij opcję Timed Process (Proces czasowy), aby rozpocząć proces sterowany czasowo, a następnie kliknij przycisk PLATEN SHUTTER Solid, aby otworzyć migawkę płyty szklanej. Ponownie kliknij opcję zerowa grubość. Po zakończeniu rozpylania kliknij przycisk Solidny, aby zamknąć migawkę płyty dociskowej i naciśnij przycisk Naciśnij, aby odpowietrzyć komorę napylania magnetronowego.Aby odstopić stempel Mac-imprint pokryty stopem srebra i złota, najpierw wymieszaj dejonizowaną wodę i kwas azotowy w stosunku jeden do jednego w szklanej zlewce i umieść zlewkę na mieszającej płycie grzejnej. Zanurz perforowany uchwyt na próbkę PTFE w mieszaninie i podgrzej roztwór do 65 stopni Celsjusza, ciągle mieszając z prędkością 100 obrotów na minutę. Gdy roztwór osiągnie temperaturę docelową, umieść wzorzysty stempel z nadrukiem Mac-Stamp pokryty stopem złota/srebra w uchwycie na dwie do 20 minut.Po rozstapianiu wygasić stempel Mac-imprint w dejonizowanej wodzie o temperaturze pokojowej przez jedną minutę. Aby wykonać wyrównanie stempla do podłoża, umieść stempel skierowany w dół na chipie krzemowym w ogniwie elektrochemicznym, dodaj kroplę SU-8 z tyłu stempla. Doprowadź pręt PTFE do kontaktu z SU-8 i utwardź go na miejscu w suchych warunkach w świetle UV przez dwie godziny.Styk znajduje się około 86 milimetrów od pozycji wyjściowej. Aby wykonać operację nadruku Mac, wyczyść wzorzysty chip krzemowy za pomocą roztworu RCA zgodnie z krokami opisanymi w protokole, a następnie umieść go w środku ogniwa elektrochemicznego i umieść ogniwo pod prętem PTFE ze stemplem Mac-imprint. Wymieszać roztwór trawiący kwasu fluorowodorowego i nadtlenku wodoru w stosunku 17 do jednego w zlewce z PTFE.Po pięciu minutach użyj plastikowej pipety, aby dodać roztwór trawiący do ogniwa elektrochemicznego. Aby ustawić stempel Mac-imprint w kontakcie z chipem wzoru, opuść stempel o około 86 milimetrów, a następnie przesuń stempel w dół od pozycji styku o około 300 do 1 000 mikrometrów, aby uzyskać pożądaną siłę nacisku. Utrzymuj stempel z nadrukiem Maca w kontakcie z chipem od jednej do 30 minut przed kliknięciem Home, aby przywrócić pręt do pozycji wyjściowej.Za pomocą pipety ostrożnie zassaj roztwór trawiący z ogniwa i przepłucz nadrukowany chip silikonowy alkoholem izopropylowym i wodą dejonizowaną. Następnie wysusz wiór czystym, suchym powietrzem. Obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego można uzyskać w celu zbadania właściwości morfologicznych pokrytych złotem stempli z nadrukiem Mac i powstałych w ten sposób odciśniętych powierzchni krzemowych.W tej reprezentatywnej analizie porównano przekrój poprzeczny odciśniętego stałego krzemu uzyskanego za pomocą skanowania sił atomowych z profilem użytego porowatego złotego stempla. Wierność przenoszenia wzorca i generowanie porowatego krzemu podczas odcisku Maca były dwoma głównymi kryteriami analizy sukcesu eksperymentu. Odcisk Mac-imprint został uznany za udany, jeśli wzór stempla został dokładnie przeniesiony na krzem i podczas odcisku Maca nie został wygenerowany żaden porowaty krzem.W tym miejscu można zaobserwować wyniki nieoptymalnego eksperymentu, w którym podczas odcisku Maca wystąpił brak wierności przenoszenia wzorca i porowate wytwarzanie krzemu. Należy pamiętać, że odcisk krzemu na Macu obejmuje kwas fluorowodorowy, który jest substancją zagrażającą życiu, a przestrzeganie protokołu bezpieczeństwa i noszenie odpowiedniego sprzętu ochrony osobistej są najważniejsze. Raz użyjesz znaczków pokrytych porowatym złotem, aby ułatwić masowy transport.Po tej procedurze można zmienić skład roztworu do trawienia lub siłę nacisku w celu zbadania kinetyki procesu lub trwałości stempla.

metal-assisted-electrochemical-nanoimprinting-porous-solid-silicon

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

W niniejszej pracy opisujemy prostą metodę wzorowania wolnego od tlenków krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych oraz demonstrujemy funkcjonalizację wzorowanych podłoży małymi cząsteczkami i białkami. Podejście to zapewnia całkowitą ochronę powierzchni przed utlenianiem chemicznym, umożliwia precyzyjną kontrolę nad morfologią struktur oraz zapewnia łatwy dostęp do wzorów rozróżnialnych chemicznie.

Funkcjonalizacja i wzorowanie krzemu oraz germanu beztlenkowego metodą miękkiej litografii

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

Ten protokół opisuje użycie mikroskalowych wsporników krzemowych jako giętkich powierzchni hodowlanych do pomiaru kurczliwości komórek mięśniowych in vitro. Skurcz komórkowy powoduje zginanie wspornika, które można zmierzyć, zarejestrować i przekształcić w odczyty siły, zapewniając nieinwazyjny i skalowalny system pomiaru funkcji skurczu in vitro.

Wykorzystanie mikroskalowych wsporników krzemowych do oceny funkcji kurczliwości komórkowej in vitro

Ten artykuł przedstawia strategię mikroprodukcji 3D addytywnej (określanej jako 'mikromurarstwo') do elastycznego wytwarzania struktur i urządzeń systemów mikroelektromechanicznych (MEMS). Podejście to obejmuje montaż materiałów w mikro i nanoskali w oparciu o druk transferowy w połączeniu z technikami szybkiego łączenia materiałów z wykorzystaniem wyżarzania termicznego.

Mikromurarstwo do mikroprodukcji addytywnej 3D

Opisana jest realna metodologia oparta na druku transferowym, mająca na celu wprowadzenie plazmonicznych nanostruktur metalowych do ogniw słonecznych.  Wykorzystując nanofilarowe stemple poli(dimetylosiloksanowe), uporządkowany układ nanodysków oparty na Ag zintegrowano ze standardowymi uwodornionymi mikrokrystalicznymi ogniwami słonecznymi Si, co doprowadziło do poprawy wydajności urządzenia dzięki plazmonicznemu pułapkowaniu światła.

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

Prezentujemy platformę mikroprzepływową ze zintegrowaną siecią elektrod powierzchniowych, która łączy rezystancyjne wykrywanie impulsów (RPS) z wielokrotnym dostępem z podziałem kodu (CDMA), do wielokrotnego wykrywania i wymiarowania cząstek w wielu kanałach mikroprzepływowych.

Platforma mikroprzepływowa z multipleksowaną detekcją elektroniczną do przestrzennego śledzenia cząstek

Ten raport opisuje prostą, łatwą do wykonania technikę, wykorzystującą próżnię niskociśnieniową, do wypełniania kanałów mikroprzepływowych komórkami i substratami do badań biologicznych.

Wszechstronna metoda modelowania białek i komórek

Izolowanie elektrycznych i termicznych efektów na elektrycznie wspomagane deformacje (EAD) jest bardzo trudne przy użyciu makroskopowych próbek. Opracowano mikro- i nanostruktury próbek metalicznych wraz z niestandardową procedurą testową w celu oceny wpływu przyłożonego prądu na powstawanie bez ogrzewania dżuli i ewolucję dyslokacji na tych próbkach.

Nowatorska metoda elektromechanicznej charakterystyki próbek w nanoskali in situ

Demonstrujemy syntezę fuzogennych porowatych nanocząsteczek krzemu do skutecznego dostarczania oligonukleotydów in vitro i in vivo. Porowate nanocząstki krzemu są ładowane siRNA w celu utworzenia rdzenia, który jest pokryty fuzogenicznymi lipidami poprzez wytłaczanie w celu utworzenia powłoki. Uwzględniono ugrupowanie celowe, funkcjonalizację i charakterystykę cząstek.

Synteza, funkcjonalizacja i charakterystyka fuzogennych porowatych nanocząstek krzemu do dostarczania oligonukleotydów

Ta praca przedstawia protokoły mikrofabrykacji do uzyskiwania wnęk i filarów o profilach reentrantowych i podwójnie reentrantowych na płytkach SiO2/Si za pomocą fotolitografii i suchego trawienia. Powstałe w ten sposób mikroteksturowane powierzchnie wykazują niezwykłą odporność na ciecze, charakteryzującą się solidnym, długotrwałym zatrzymywaniem powietrza pod zwilżającymi cieczami, pomimo wewnętrznej zwilżalności krzemionki.

Nadawanie powierzchniom SiO2/Si omnifobii poprzez rzeźbienie mikrotekstur zatrzymujących gaz, zawierających wnęki lub filary reentrantowe i podwójnie współbieżne

Prezentowany tutaj jest stopniowy protokół do realizacji membran zatrzymujących gaz (GEMs) z płytek SiO2/Si przy użyciu technologii mikrofabrykacji układów scalonych. Gdy krzemionka-GEM jest zanurzona w wodzie, zapobiega się wnikaniu wody, pomimo kochającego wodę składu krzemionki.

Dowód słuszności koncepcji membran zatrzymujących gazy pochodzących z kochających wodę wafli SiO2/Si/SiO2 do ekologicznego odsalania

Poznaj elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem do tworzenia trójwymiarowych mikrostruktur w krzemie z rozdzielczością poniżej 100 nm. Ta metoda umożliwia projektowanie zaawansowanych elementów mikrooptycznych.

Elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem porowatych i litych płytek krzemowych

Przeglądaj więcej filmów