Name: Nanoimimpressão eletroquímica assistida por metais de wafers de silício poroso e sólido (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-08T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Aprenda a técnica de nanoimpressão eletroquímica assistida por metais para criar microestruturas 3D em wafers de silício com resolução sub-100 nm. Este método avança a fabricação de dispositivos ópticos e biosensores.

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Reconhecemos o Dr. Keng Hsu (Universidade de Louisville) por informações sobre este trabalho; Laboratório Frederick Seitz da Universidade de Illinois e, in memoriam, membro da equipe Scott Maclaren; Centro leRoy Eyring da Universidade Estadual do Arizona para ciência sólida do estado; e a Fundação de Ciência Arizona sob o Prêmio Bis grove Scholars.

<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>

Não temos nada para divulgar.

Selos Mac-Imprint e chips Si pré-despachados (tipo p, [100] orientação, 1-10 Ohm∙cm) foram preparados de acordo com as seções 1 e 2 do protocolo, respectivamente. O mac-imprint do chip Si pré-despachado com selos contendo padrões hierárquicos 3D foi realizado de acordo com a seção 3 do protocolo (Figura 9). Como mostrado na Figura 9a, foram aplicadas diferentes configurações de Mac-Imprint: Si sólido com Au sólido (esquerda), poroso Si com Au só...

A padronização e texturização tridimensional de micro e nanoescala de semicondutores permite inúmeras aplicações em diversas áreas, como optoeletrônica1,2, fotônica3, superfícies antirreflexos4, superfícies super hidrofóbicas e autolimpante5,6 entre outras. Prototipagem e produção em massa de padrões 3D e hierárquicos foram realizados com sucesso para filmes polimédicos por litografia suave e litografia de nanoimprinting com resolução sub-20 nm. No entanto, transferir tais padrões poliméricos 3D para Si requer a seletividade de gravação de um padrão de máscara durante a gravura de íons reativos e, portanto, limita a proporção, e induz distorções de forma e rugosidade superficial devido aos efeitos de escalopamento7,8.
Um novo método chamado Mac-Imprint foi alcançado para padronização paralela e direta de wafers si 10,11 sólidos, bem como wafers gaas sólidos12,13,14. Mac-Imprint é uma técnica de gravação molhada baseada em contato que requer contato entre substrato e um selo nobre revestido de metal possuindo características 3D na presença de uma solução de gravação (ES) composta de HF e um oxidante (por exemplo, H2O2 no caso de Si Mac-Imprint). Durante a gravação, duas reações ocorrem simultaneamente15,16: uma reação catódica (ou seja, a redução de H2O2 no metal nobre, durante a qual os portadores de carga positivo [buracos] são gerados e posteriormente injetados no Si17) e uma reação anoda (ou seja, dissolução de Si, durante a qual os orifícios são consumidos). Após tempo suficiente de contato, os recursos 3D do selo são gravados no wafer Si. Mac-Imprint tem inúmeras vantagens sobre métodos litográficos convencionais, como alta produtividade, compatibilidade com plataformas roll-to-plate e roll-to-roll, amorfo, mono e policristastalline Si e semicondutores III-V. Os selos Mac-Imprint podem ser reutilizados várias vezes. Além disso, o método pode fornecer uma resolução de gravação sub-20 nm compatível com métodos de escrita direta contemporâneos.
A chave para alcançar a impressão de alta fidelidade é o caminho de difusão para a frente de gravação (ou seja, interface de contato entre catalisador e substrato). O trabalho de Azeredo et al.9 demonstrou pela primeira vez que a difusão do ES é habilitada através de uma rede si porosa. Torralba et al.18, relataram que, a fim de realizar sólido Si Mac-Imprint, a difusão ES é habilitada através de um catalisador poroso. Bastide et al.19 e Sharstniou et al.20 investigaram ainda mais a influência catalisador da porosidade na difusão do ES. Assim, o conceito de Mac-Imprint foi testado em três configurações com caminhos de difusão distintos.
Na primeira configuração, o catalisador e o substrato são sólidos, não fornecendo nenhuma via de difusão inicial. A falta de difusão reactucionante leva a uma reação secundária durante a impressão que forma uma camada de Si poroso no substrato ao redor da borda da interface catalisador-Si. Os reagentes são posteriormente esgotados, e a reação pára, resultando em nenhuma fidelidade de transferência de padrão discernível entre o carimbo e o substrato. Na segunda e terceira configurações, as vias de difusão são habilitadas através de redes porosas introduzidas no substrato (ou seja, Si poroso) ou no catalisador (ou seja, ouro poroso) e alta precisão de transferência de padrão é alcançada. Assim, o transporte em massa através de materiais porosos desempenha um papel fundamental na viabilização da difusão de reagentes e produtos de reação para e longe da interface de contato9,18,19,20. Um esquema das três configurações é mostrado na Figura 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61040/61040fig1.jpg"> Figura 1: Esquemas de configurações mac-imprint. Esta figura destaca o papel dos materiais porosos na viabilização da difusão de espécies reagindo através do substrato (ou seja, caso II: poroso Si) ou no selo (ou seja, caso III: filme fino catalisador feito de ouro poroso). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61040/61040fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Neste artigo, o processo Mac-Imprint é exaustivamente discutido, incluindo preparação de selos e pré-tratamento de substrato, juntamente com o próprio Mac-Imprint. A seção de pré-tratamento do substrato dentro do protocolo inclui limpeza de wafer Si e padronização de wafer Si com gravação seca e anodização de substrato (opcional). Além disso, uma seção de preparação de selos é subdividida em vários procedimentos: 1) Moldagem de réplica pdms do molde mestre si; 2) Nanoimprinting UV de uma camada fotoresistista para transferir o padrão PDMS; e 3) deposição de camada catalítica via sputtering magnetron seguido de dealloying (opcional). Finalmente, na seção Mac-Imprint, a configuração Mac-Imprint juntamente com os resultados do Mac-Imprint (ou seja, a padronização hierárquica Si surface 3D) é apresentada.

<table><tbody><tr><td>Acetona, >99,5%, reagente ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-64-1</td><td>CUIDADO, químico</td></tr><tr><td>Fluoreto de amônio, >98%, grau ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>12125-01-8</td><td>CUIDADO,</td></tr><tr><td>solução perigosa de hidróxido de amônio, 28-30%, reagente ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1336-21-6</td><td>CUIDADO,</td></tr><tr><td>perigoso AZ 400K revelador</td><td>Microquímicos</td><td>AZ 400K</td><td>CUIDADO, químico</td></tr><tr><td>BenchMark 800 Gravura a água-forte</td><td>axic</td><td>BenchMark 800</td><td>Gravura a água-forte reativa</td></tr> do <tr><td>íon Alvo do cromo, 2" x 0,125", 99,95% de pureza</td><td>Ligas de ACI</td><td>ADM0913</td><td>Alvo do cromo do cputter do magnétron</td></tr><tr><td>CTF 12</td><td>Carbolite Gero</td><td>C12075-700-208SN</td><td>Dessecador da fornalha de tubo</td></tr><tr><td></td><td>Fisher científico Chemglass ciências da vida</td><td>CG122611</td><td>Dessecador</td></tr><tr><td>F6T5/BLB</td><td>Eiko</td><td>F6T5/BLB 6W</td><td>Lâmpada UV</td></tr><tr><td>Alvo dourado, 2" x 0,125", 99,99% de pureza</td><td>Ligas ACI</td><td>N/A</td><td>Magnetron pulverização catódica alvo dourado</td></tr><tr><td>Placa de aquecimento KW-4AH</td><td>Tecnologia Chemat</td><td>KW-4AH</td><td>Placa de aquecimento nivelada com perfil de temperatura uniforme</td></tr><tr><td>Ácido fluorídrico, 48%, reagente ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7664-39-3</td><td>CUIDADO, extremamente perigoso</td></tr><tr><td>Peróxido de hidrogênio, 30%, reagente ACS</td><td>Fisher Chemical</td><td>7722-84-1</td><td>CUIDADO, perigoso</td></tr><tr><td>Álcool isopropílico, >99,5%, reagente ACS</td><td>LabChem</td><td>67-63-0</td><td>CUIDADO, químico</td></tr><tr><td>MLP-50</td><td>Técnicas de transdutor</td><td>MLP-50</td><td>Célula de carga</td></tr><tr><td>Ácido nítrico, 70%, grau ACS SAFC</td><td></td><td>7697-37-2</td><td>CUIDADO, perigoso</td></tr><tr><td>NSC-3000</td><td>Nano-master</td><td>NSC-3000</td><td>Magnetron pulverização catódica</td></tr><tr><td>Hidróxido de potássio, 45%, Certificado</td><td>Fisher Chemical</td><td>1310-58-3</td><td>CUIDADO, bomba de</td></tr><tr><td>vácuo química Rocker 800, 110V / 60Hz</td><td>Rocker</td><td>1240043</td><td>Bomba de vácuo isenta</td></tr> de <tr><td>óleo Molde mestre de silício</td><td>NILT</td><td>SMLA_V1</td><td>Chip de silício com padrão</td></tr><tr><td>Bolachas de silício,</td><td>wafer universitário</td> de primeira qualidade <td>783</td><td>Si wafer</td></tr><tr><td>Alvo de prata, 2 "x 0,125", 99,99% de pureza</td><td>Ligas ACI</td><td>HER2318</td><td>Magnetron pulverização catódica alvo de prata</td></tr><tr><td>SP-300</td><td>BioLogic</td><td>SP-300</td><td>Potenciostato</td></tr><tr><td>SPIN 150i</td><td>Spincoating</td><td>SPIN 150i</td><td>Revestidor de rotação</td></tr><tr><td>SPR 200-7.0 fotorresistente positivo</td><td>Microchem</td><td>SPR 220-7.0</td><td>CUIDADO, agitação química</td></tr><tr><td> placa de aquecimento</td><td>Thermo scientific Cimarec+</td><td>SP88857100</td><td>Placa de aquecimento de uso geral</td></tr><tr><td>SU-8 2015 fotorresistente negativo</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2015</td><td>CUIDADO, produto químico</td></tr><tr><td>SYLGARD 184 Kit de elastômero de silicone</td><td>DOW</td><td>4019862</td><td>CUIDADO, produto químico</td></tr><tr><td>T-LSR150B</td><td>Zaber Technologies</td><td>T-LSR150B-KT04U</td><td>Estágio linear motorizado</td></tr><tr><td>Tricloro(1H,1H,2H, 2H-perfluorooctil)silano (PFOCS), 97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>78560-45-9</td><td>CUIDADO, perigoso</td></tr></tbody></table>

nanoimimpressão eletroquímica assistida por metais de wafers de silício poroso e sólido

Metal-Assisted Electrochemical Nanoimprinting of Porous and Solid Silicon Wafers

A impressão eletroquímica assistida por metal (Mac-Imprint) é uma combinação de gravura química assistida por metal (MACE) e litografia nanoimprint que é capaz de padronizar 3D características 3D micro e nanoescala em semicondutores monocristalinos do grupo IV (por exemplo, Si) e III-V (por exemplo, GaAs) sem a necessidade de modelos de sacrifício 3D e passos lithográficos. Durante este processo, um selo reutilizável revestido com um catalisador metálico nobre é trazido em contato com um wafer Si na presença de uma mistura de ácido fluorídrico (HF) e peróxido de hidrogênio (H2O2), o que leva à gravação seletiva de Si na interface de contato metal-semicondutor. Neste protocolo, discutimos os métodos de preparação de selos e substratos aplicados em duas configurações Mac-Imprint: (1) Porous Si Mac-Imprint com um catalisador sólido; e (2) Solid Si Mac-Imprint com um catalisador poroso. Este processo é de alto rendimento e é capaz de padronização paralela em escala centímétrica com resolução sub-20 nm. Também fornece baixa densidade de defeitos e padronização de grande área em uma única operação e contorna a necessidade de gravura seca, como gravura de íon reativo profundo (DRIE).

Imagens de microscópio eletrônico de varredura (SEM), escaneamentos de microscópio óptico (Figura 9) e microscopia de força atômica (Figura 10) foram obtidas para estudar as propriedades morfológicas dos selos Mac-Imprint e superfícies Si impressas. O perfil transversal do sólido impresso Si foi comparado ao do carimbo de Au poroso usado (Figura 10). A fidelidade de transferência de padrões e a geraç...

Um protocolo para impressão química assistida por metais de recursos de microescala 3D com precisão de forma abaixo de 20 nm em wafers de silício sólidos e porosos é apresentado.

Nanoimimpressão eletroquímica assistida por metais de wafers de silício poroso e sólido

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

Nosso protocolo fornece um novo método de padronização para o silício que permite a criação de microestruturas hierárquicas tridimensionais que permitem o design de elementos microópticos baseados em metasuperfície e tecnologias de guia de ondas. Este protocolo permite a replicação de estruturas 3D de moldes poliméricos e duros em wafers de silício monocristalinos e porosos em um único passo. E, ao mesmo tempo, fornecendo resoluções sub 100 nanômetros em todas as três direções.Silício poroso e silício em si são ótimos materiais para fabricação de biosensores ópticos e dispositivos ópticos infravermelhos. No entanto, esperamos que essa técnica se expanda para os semicondutores do grupo III-V e até mesmo além. O carimbo para substrato ponta e alinhamento de inclinação é extremamente importante para uma marca mac uniforme.Seguindo este protocolo, o alinhamento pode ser realizado montagem de carimbo para o titular enquanto estiver em contato com o substrato. Para preparar um carimbo para a impressão Mac, primeiro limpe o molde mestre de silício usando a solução RCA-1 de acordo com os passos descritos no protocolo e, em seguida, coloque um molde mestre de silício limpo em uma placa de Petri de plástico dentro de um dessecador. Use uma pipeta de plástico para adicionar algumas gotas de PFOCS a um barco de pesagem de plástico e coloque o barco de pesagem ao lado do prato com o molde mestre.Ligue a bomba de vácuo, abra a válvula do desiccator e aplique vácuo por 30 minutos. Enquanto o vácuo estiver sendo aplicado, use uma espátula de vidro para misturar a base e o agente de cura de um kit de elastômero de silício em uma proporção de 10 para um por 10 a 15 minutos. No final da dessecação, remova o barco de pesagem do dessecanteador e espaçadores debaixo do molde mestre do silício, em seguida, cubra cuidadosamente o molde mestre com uma camada de dois a três milímetros do PDMS recém-preparado.Para desgasar o PDMS depois de abrir a válvula do desiccator, aplique vácuo por mais 20 minutos ou até que as bolhas desapareçam. No final do segundo período de dessecação, transfira o prato para uma placa quente de 80 graus Celsius. Depois de duas horas, use um bisturi para aparar as bordas do PDMS curado dentro da placa de petri de plástico e use pinças para remover cuidadosamente o molde PDMS do molde mestre de silício.Para nanoimimpressão UV fotoresistista, use um escriba para cortar um chip de silício de 2,5 por 2,5 centímetros do wafer de silício, limpando-o usando a solução RCA-1 de acordo com os passos descritos no protocolo e, em seguida, coloque o chip limpo no mandril de vácuo em um revestimento de spin. Defina os parâmetros de revestimento de giro conforme indicado para aplicar uma camada de 20 micrômetros de espessura de fofurtista no chip e pressione VAC ON para aplicar vácuo no sistema. Despeje 1,5 mililitros de fotoresist SU-8 2015 no centro do chip e feche a tampa do revestimento de giro.Em seguida, pressione Comece a girar. No final do giro, pressione VAC OFF para desligar o vácuo e use pinças para remover o chip revestido de fotoresist. Coloque cuidadosamente o molde PDMS no lado do padrão do chip de silício revestido de fotoresistista para baixo e pressione manualmente o molde no chip.Coloque uma placa de vidro transparente UV em cima do PDMS para aplicar 15 gramas por centímetro quadrado de pressão ao molde e ao chip e exponha a configuração a seis watts de luz UV por duas horas. No final do período de irradiação, use pinças para remover lentamente o molde do chip na direção paralela à direção do padrão fotoresist curado. Para depositar uma camada de ouro/prata de 250 nanômetros de espessura no chip, deposite primeiro 20 nanômetros de camada de cromo e 50 nanômetros de espessura de camada de ouro, como está descrito no protocolo de texto.Em seguida, clique em GUN 1 OPEN para abrir o obturador da pistola de ouro e prata. Defina o tempo para processar para 16,5 minutos e defina o set point dc para 58 e rf set point para 150. Clique em Rotação e defina a taxa de fluxo de argônio para 50 centímetros cúbicos padrão por minuto.Clique em Argon, DC Supply e RF Supply. Quando o sinal planar, afina o controle de argônio para cinco. Clique em Iniciar em espessura zero para iniciar o monitor de espessura de cristal e rasgar a espessura, respectivamente.Clique no Processo cronometrado para iniciar o processo controlado pelo tempo e clique em PLATEN SHUTTER Solid para abrir o obturador de placas. Clique em zero espessura novamente. Quando o sputtering terminar, clique em Sólido para fechar o obturador sólido de emplacar e pressione a ventilação para ventilar a câmara de sputter magnetron.Para desarquivar o selo mac-imprint revestido de linha de prata/ouro, misture primeiro água deionizada e ácido nítrico em uma proporção de um para um em um copo de vidro e coloque o béquer em uma placa quente agitada. Submerque um suporte de amostra PTFE perfurado na mistura e aqueça a solução até 65 graus Celsius com agitação constante a 100 revoluções por minuto. Quando a solução atingir a temperatura-alvo, coloque o selo mac-imprint revestido de ouro/prata padronizado no suporte por dois a 20 minutos.Depois de desoligar, sacie o selo mac-imprint em água desionizada à temperatura ambiente por um minuto. Para realizar o carimbo para o alinhamento do substrato, coloque o carimbo voltado para baixo em cima do chip de silício em célula eletroquímica, adicione uma gota de SU-8 na parte de trás do selo. Coloque a haste PTFE em contato com o SU-8 e cure-a no lugar em condições secas sob luz UV por duas horas.O contato é de cerca de 86 milímetros da posição de casa. Para realizar uma operação de impressão mac, limpe o chip de silício padronizado usando a solução RCA de acordo com as etapas descritas no protocolo e, em seguida, coloque-o no centro de uma célula eletroquímica e posicione a célula sob uma haste PTFE com o selo mac-imprint. Misture a solução de gravura de ácido fluorídrico e peróxido de hidrogênio a uma proporção de 17 para um dentro de um béquer PTFE.Após cinco minutos, use uma pipeta plástica para adicionar a solução de gravura à célula eletroquímica. Para posicionar o selo mac-imprint em contato com o chip padrão, abaixe o selo em cerca de 86 milímetros e, em seguida, mova o selo para baixo da posição de contato em cerca de 300 a 1.000 micrômetros para alcançar a força de contato desejada. Mantenha o carimbo de marca Mac em contato com o chip de um a 30 minutos antes de clicar em Casa para retornar a haste à posição inicial.Use uma pipeta para aspirar cuidadosamente a solução de gravura da célula e enxaguar o chip de silício impresso com álcool isopropílico e água desionizada. Em seguida, seque o chip com ar seco e limpo. Imagens de microscópio eletrônico de varredura podem ser obtidas para estudar as propriedades morfológicas dos selos mac-imprint revestidos a ouro e as superfícies de silício impressas resultantes.Nesta análise representativa, o perfil transversal do silício sólido impresso obtido pela varredura da força atômica foi comparado ao do selo de ouro poroso usado. A fidelidade de transferência de padrões e a geração porosa de silício durante a impressão Mac foram dois critérios principais para analisar o sucesso experimental. A impressão Mac foi considerada bem sucedida se o padrão do selo fosse transferido com precisão para o silício e nenhum silício poroso fosse gerado durante a impressão Mac.Aqui, os resultados de um experimento subótimo no qual a falta de fidelidade de transferência de padrão e uma geração porosa de silício ocorreram durante a impressão Mac podem ser observados. É importante lembrar que a marca Mac de silício envolve ácido fluorídrico, que é substância de risco de vida e seguir um protocolo de segurança e usar equipamentos de proteção individual adequados são primordiais. Uma vez que você utilizar selos revestidos em ouro poroso para facilitar o transporte em massa.Após este procedimento, a composição da solução de gravação ou da força de contato pode ser variada para estudar a cinética do processo ou a durabilidade do selo.

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