Протокол для проектирования и изготовления нового nanopillar на основе раскола кольцевого резонатора (СРР) представлена.
Методическая статья
Протокол для проектирования и изготовления нового nanopillar на основе раскола кольцевого резонатора (СРР) представлена.
Терагерцового (ТГц) раскол кольцевого резонатора (СРР) метаматериалы (ММС) был изучен для газовой, химической и биомолекулярных приложений зондирования, потому что СРР не зависит от экологических характеристик, таких как температура и давление окружающей резонатор. Электромагнитное излучение в частотах ТГц является биосовместимым, что является критическим условием, особенно для применения биомолекул зондирования. Тем не менее, коэффициент качества (Q-фактор) и частотные характеристики традиционных тонкопленочных основе раскола кольцевого резонатора (SRR) MMs являются очень низкими, что ограничивает их чувствительность и селективность в качестве датчиков. В этой работе, новые nanopillar на основе SRR MMs, используя ток смещения, предназначены для повышения добротности до 450, что составляет около 45 раз выше, чем у традиционных MMs тонкопленочных основе. В дополнение к улучшенной добротности, то nanopillar на основе MMs вызывают большие сдвиги частоты (в 17 раз по сравнению со сдвигом, полученной традицииАль тонкопленочный MMs основе). Из-за значительно улучшенных добротностью и сдвигов частот, а также свойство биосовместимого излучения, ТГц nanopillar на основе СРР являются идеальными MMs для развития биомолекулярных датчиков с высокой чувствительностью и селективностью, не вызывая повреждения или искажения в биоматериалов. Новый процесс изготовления было продемонстрировано, чтобы построить nanopillar на основе SRRs для тока смещения, опосредованных ТГц MMs. Двухступенчатый золота (Au) процесс гальванических и процесс осаждения атомных слоев (ALD) используются для создания суб-10 нм масштабные промежутки между Au nanopillars. Так как процесс ALD представляет собой процесс нанесения покрытия конформный, однородный оксид алюминия (Al 2 O 3) слой с нанометрового толщины может быть достигнуто. Путем последовательного гальваники другой тонкой пленки Au , чтобы заполнить пространство между Al 2 O 3 и Au, плотноупакованном Au-Al 2 O 3 -Au структуры с наноразмеров Al 2 O 3 зазоры могут бытьсфабрикованы. Размер нано- пробелов может быть четко определена путем точного контроля циклов осаждения процесса ALD, который имеет точность 0,1 нм.
Терагерцового (ТГц) метаматериалы (ММС), были разработаны для биомедицинского датчиков и частоты перестройкой устройств 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Для того, чтобы улучшить чувствительность и избирательность по частоте ТГц ММ датчиков, A nanopillar на основе раскола кольцевого резонатора (СРР) был разработан с использованием тока смещения, генерируемого внутри золота (Au) nanopillar массивы для возбуждения ТГц резонансы с факторами сверхвысокого качества ( Q-факторы) (~ 450) (рисунок 1) 12. Даже если nanopillar на основе SRR, показывают высокие Q-факторы и перспективные зондирования способности, изготовление такого nanostructurэс с высоким соотношением сторон (более 40) и наноразмерных пробелов (суб-10 нм) по большой площади остается сложной 13.
Наиболее часто используемый метод для изготовления нано-структур является электронно-лучевой литографии (EBL) 14, 15, 16, 17. Тем не менее, разрешение ЭЛКРС по - прежнему ограничен из - за размера пятна светового луча, рассеяние электронов, свойства резист и процесс развития 18, 19. Кроме того, это не практично для изготовления наноструктур с помощью EBL на большой площади , из - за медленного времени процесса и большой процесс стоит 20. Другая стратегия для достижения наноструктурах использовать метод самосборки 21, 22. По самособирающихся металлических нанокубиков (NCS) в растворе и UtilИзинга электростатическое взаимодействие и объединение полимерных лигандов между НЦ, хорошо организованная одномерный массив с ЧПУ наноразмерных пробелов может быть достигнуто 23. Размер нано- разрыв зависит от полимерных лигандов между НЦ и может контролироваться с применением различных полимерных материалов с различными молекулярными массами 24, 25, 26. Самоорганизация является мощным средством для достижения масштабируемых и экономически эффективных наноструктуры 23. Тем не менее, процесс изготовления является более сложным по сравнению с традиционными микро- и нано изготовления процессов, а также контроль размеров нано-щелевых недостаточно точен для электронных устройствах. Для того, чтобы успешно изготовить nanopillar основе SRRs, новый метод изготовления должны быть изобретены для достижения следующих целей: я) процесс изготовления легко наносится и совместим с Конвенциеймикро- и нано изготовление процессов и другие; б) изготовление на большой площади применимо; III) размеры нано- зазор может быть легко и точно контролировать с разрешением 0,1 нм и может быть уменьшено до 10 нм или менее.
Новый метод изготовление демонстрируется с использованием комбинации процесса гальванического и слой осаждения (ALD) процесс атомное для изготовления nanopillar на основе SRRs. Так как гальванического покрытия представляет собой самозаполнение процесс с низкой стоимостью, легко изготовить структуры на большой площади. ALD представляет собой процесс химического осаждения из паровой фазы (CVD), который можно точно контролировать с помощью цикла реакции во время процесса. Разрешение ALD тонкой пленки может составлять от 0,1 нм, а тонкая пленка равномерно покрыта тонким высоким качеством, пригодным для создания наноразмерных пробелов 27, 28. Nanopillar на основе СРР массив с 10 нм или менее пробелах могут быть успешно изготовлены на площади 6 × 6 мм. Оба Simulated и измеренные спектры пропускания ТГц показывают резонансные поведения с сверхвысокой Q-факторы и большие сдвиги частот, что и доказывает осуществимость nanopillar на основе SRRs, опосредованных тока смещения. Подробный процесс изготовления описан ниже в разделе протокола, а также видео-протокол может помочь практикам понять процесс изготовления и избежать распространенных ошибок, связанных с изготовлением nanopillar на основе SRRs.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Внимание: Некоторые из химических веществ, используемых в этих синтезов являются токсичными, легко воспламеняется, и может вызвать раздражение и серьезные повреждения органов при прикосновении или вдыхании. Пожалуйста, носите соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ) при обращении.
1. Получение первого слоя золота (Au) Nanopillar матрицах (рис 2а-с и рис 2E-г)
2. Создание нано-зазорах между Au Nanopillars (рис 2d, ч)
3. Подготовка второго слой из тонкой пленки Au (рис 2i-L и рис 2m-р)
4. Определение С-образную форму СРР (Рисунок 2q-s и Рисунок 2и-ш)
5. Удаление Al 2 O 3 для воздуха Nano зазоров (рис 2t, х)
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Схемы их изготовления показывают каждый шаг (рис 2а-х). Оптические изображения (Рисунок 2y-AC) и с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) изображения (рис 2AD-Ag) были собраны для nanopillar на основе SRRs на различных стадиях изготовления. Анимации (рис 2а-с) иллюстрируют первый слой гальванического nanopillars Au , а второй слой гальванического пленок Au, а также нано-промежутки между ними возникают.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Эта технология изготовления имеет значительные преимущества для создания нано-структур по сравнению с существующими методами, такими как электронно-лучевой литографии и самосборки. Во-первых, наноразмерные структуры могут быть реализованы на большой площади (целая вафельного) с использованием фотошаблона, который показывает nanopillar массивы, которые не практично с процессом литографии Е-лучевым. Во-вторых, процесс изготовления использует традиционную вафельные масштаба микро процесс изготовления, что намного быстрее, ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Этот материал основан на работе, поддержанной начинающей фонда в Университете штата Миннесота, побратимы. Части этой работы были проведены в характеристике фонда, Университет Миннесоты, член НФС финансируемым материалов научно-исследовательских учреждений сети (www.mrfn.org) через программу MRSEC. Часть этой работы была также проведена в Центре Nano Миннесота, который получает частичную поддержку от NSF в рамках программы NNCI.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Кремниевая пластина | Siltronic AG | N/A | диаметр 100 мм, N-тип, односторонняя полировка, упругость: 560-840 Ω • cm |
| Хром | Kurt J. Lesker Company | EVMCR35J | 99,95% |
| чистой меди | Kurt J. Lesker Company | EVMCU40QXQJ | 99,99% чистоты |
| E-Beam Evaporator System Rocky | Mountain Vacuum Tech. | Н/Д | RME-2000 |
| S1813 Позитивный фоторезист | Микропозит | 10018348 | Н/Д |
| Спиннер | Лучшие инструменты | S0114031123 | SMART COATER 100 |
| Выравниватель маски | Midas | MDA-400LJ | Н/Д |
| Цифровая нагревательная пластина | Thermo Scientific | HP131725 | серии Super-Nuvoa, максимальная температура: 370 градусов; C |
| MF319 проявитель | микропозит | 10018042 | н/а |
| ацетон | Fisher Chemical | A18P-4 | N/A |
| Изопропиловый спирт Fisher | Chemical | A416-4 | N/A |
| Gold 25 ES RTU | Technic Inc. | 391427 | Н/А |
| Источник-измеритель | Keithley | N/A | 2612 Система ИсточникМетр |
| Микроскоп | Omax | NJF-120A | Н/А |
| Профилометр | Tencor Instruments | Н/А | Alpha-Step 200 |
| APS Copper Etchant 100 | Transfene Company, Inc. | Н/Д | Н/Д |
| CE-5 M Хромовая маска Травление | Transfene Company, Inc. | Н/Д | Н/Д |
| Система атомно-слоевого осаждения | Cambridge Nano Tech Inc. | Н/Д | Серия Саванна |
| Ионная мельница Система травления | Intlvac Тонкая пленка | Н/Д | Серия Nanoquest |
| Ультразвуковой очиститель | Crest Ultrasonics | Н/А | Серия Powersonic |
| Фтористоводородная кислота | Sigma-Aldrich | 244279 | разбавленная до 5% |
| Полевой эмиссионный пистолет Сканирующий электронный микроскоп | Jeol Ltd. | Н/Д | JEOL серии 6700 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение