Nanoskivingによるナノギャップを作製
Summary
テンプレートとしてアルミニウムや銀または自己組織化単分子膜の犠牲層のいずれかを使用して、単一ナノメートルのギャップによって分離され、電気的にアドレス可能な、高アスペクト比（> 1000:1）金属ナノワイヤの製造が記載されている。これらのナノギャップ構造はnanoskivingとして知らエッジリソグラフィの形によってクリーンルームまたは任意の写真や電子ビームリソグラフィ工程なしで製造される。
Abstract
そこに管理された間隔でナノギャップを製造する方法はいくつかありますが、二つの電極と実用的でそれらを生成する間に、サブナノメートルの間隔を正確に制御それでも挑戦量が-です。エッジリソグラフィの一形態であるnanoskivingを使用してナノギャップ電極の製造は、高速、シンプルかつ強力な手法です。この方法では、任意の写真や電子ビームリソグラフィのステップが含まれていないと、クリーンルームなどの特別な機器やインフラストラクチャを必要としない、完全に機械的なプロセスである。 Nanoskivingは、すべての三次元の制御に電気的にアドレス可能なナノギャップを製造するために使用され、これらの構造の最小寸法は、犠牲層（Al又はAgの）又は自己組織化単分子膜の厚さによって規定される。これらのワイヤは、手動で水の滴にそれらを輸送して位置決めし、直接電気的にアドレス可能であることができる;それ以上のリソグラフィにそれらを接続する必要はありませんエレクトロ。
Introduction
本論文では、ギャップのために犠牲スペーサ層>アルカンジチオールの5 nmおよび自己組織化単分子膜（SAMの）などの真空蒸着アルミや銀を使用して単一のナノメートルのギャップによって分離され、金の電気的にアドレス、高アスペクト比のナノワイヤーの製造を説明します1.7 nmのような小さなギャップのために。私たちは、ウルトラミクロトームを用いた犠牲スペーサー、nanoskivingとして知らエッジリソグラフィの形で区切ら金の切片サンドイッチ構造によりクリーンルームまたはフォトリソプロセスなく、これらのナノ構造を作製した。1-3この方法は、薄い金属の堆積の組み合わせです映画やウルトラミクロトームを用いて切片。 nanoskivingの主なステップは〜30 nmのと同じくらい薄いスラブを生成する水の完全なボートに接続されているダイヤモンドナイフを装備ウルトラミクロトームで薄片をスライスされています。 Ultramicrotomesは、光学や選民とイメージングのための薄いサンプルの調製に広く使用されていますロン顕微鏡と超薄の中で最も経験の専門家の多くは、生物学的または医学的背景から来る。機械的なブレイク接合、4電子ビームリソグラフィ5、電気めっき、6,7エレクトロ、8集束イオンビームリソグラフィ、9シャドウ蒸着、10走査プローブおよび原子間力顕微鏡、11線リソグラフィを含む製造するナノギャップのいくつかの方法があります。 、12、分子定規13これらのメソッドはすべて自分の特性とアプリケーションを持っていますが、便利な数字で、ギャップの大きさを正確に制御して、両方のナノギャップを生成し、対処が課題である。加えて、これらの方法は、高い運用コストを有し、それらは、エッチング工程に耐えることができる材料のクラスに制限されており、解像度が制限される。 Nanoskivingはspacinと電気的にアドレス可能ナノワイヤの迅速な製造を可能にベンチトップ上の単一のナノメートルのGS。我々は、ナノ製作電極は特殊なまたは、時間のかかる技術を必要としないため、分子エレクトロニクスのためのナノ構造のラピッドプロトタイピングに興味を持っている、14のブロックが作られた後、それが（シリアル）、ナノ構造の数十万を生成することができます需要。しかし、この技術は、SAMの分子エレクトロニクスまたはこれらに限定されないであり、2つのナノ構造体との間の隙間を調製するための一般的な方法である。本稿では、金ナノワイヤーの間に様々な大きさのギャップを生成するために、銀、アルミニウム、犠牲層としてのSAMを使用するが、手法（または金属ナノワイヤに）これらの材料に限定されるものではない。ワイヤは、ピックアンドプレースであり、磁気整列と互換性があり、したがって、それらは任意の基板上に配置することができます。nanoskiving 15のもう一つの強みは、それはすべての3つの次元の制御を与えることです。試料の寸法は、基板のトポグラフィ（X）によって決定される堆積膜（Y）およびウルトラミクロトーム（Z）によって生成されたスラブの厚さの厚さを、図1に定義された間隔でナノワイヤを製造するために使用される手順をまとめたものである。ゴールド特徴（長さ1〜2 mm）をシリコン基板上にテフロン（登録商標）マスクを介して蒸着によって堆積される。 Epofix（電子顕微鏡科学）はエポキシプレポリマーエポキシ樹脂を硬化させたときに、金の機能をカバーし、全体のウェハ上に注がれ、エポキシ樹脂は、ウエハ（テンプレート経由つまりストリッピング）から分離され、金の特徴は、エポキシに付着したまま。金機能上500μmの – 金属犠牲層は、アルミニウムや銀が200のオフセットとテフロンマスクを介して所望の厚さで蒸発させる。サブ5nmのギャップを生成するために、SAMを一晩適切なジチオール、1mMのエタノール溶液中の金の機能を浸漬することによって形成される。金（または他の金属）の第二のセットは、テフロン（登録商標）上でシャドーマスクを配置することによって堆積される金の特徴（銀、アルミニウムまたはSAMで覆われ）の第一層200のオフセット – 最初の蒸発に関しては500μm。このオフセットは、最終的には間隙の最長寸法を定義し、それは正確に区画するエポキシ樹脂で全体の構造を埋め込む前に、マイクロ定規を用いて測定することができる。次いで、全体の構造は、その後、ウルトラミクロトームで切片化のための準備かもしれないエポキシ樹脂のブロックに埋め込まれている。サンプルアームは、スラブの厚さを定義する制御のステップでそれに向かってダイヤモンドナイフの進歩として調製ブロックを保持しています。結果のセクションでは、ボートに乗って水に浮く。
Protocol
Representative Results
Discussion
本稿ではnanoskivingを使ってナノギャップ構造の製造を実証した。この実験的に単純な方法は、すべての三次元の制御が、1秒に1回程度の速度でナノ構造体を製造することができる。ギャップサイズは、ジチオールのアルミニウム及び銀又は自己組織化単分子膜（オングストロームのような小さな分解能が得られるもの）のいずれかの犠牲層を組み込むことによって定義される。ナノ構造はnanosk…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品はHyet太陽と科学研究費オランダ機構（NWO）の一部であり、開発元：Stichting voor Fundamenteel OnderzoekファンデMaterie FOM、共同太陽計画（JSP）の一部です。
Materials
| Reagent/Material | |||
| Epofix epoxy resin | Electron Microscopy | 1232 | |
| Sciences | |||
| Gold | Schone Edelmetaal B.V | ||
| Aluminum | Umicore Materials AG | ||
| Silver | Umicore Materials AG | ||
| (tridecafluoro-1,1,2,2, | ABCR GmbH co.KG | 78560-45-9 | |
| -tetrahydrooctyl) | |||
| trichlorosilane | |||
| ,12-dodecanedithiol | Home-synthesised | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| ,14-tetradecanedithiol | synthesized in house | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| ,16-hexadecanedithiol | synthesized in house | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| Equipment | |||
| Thermal deposition system | home-built | ||
| Ultramicrotome | Leica Microsystems | ||
| Dimanod knife ultra 35 | Diatome | DU3540 | |
| Dimanod knife ultra 45 | Scimed GMBH | ||
| Scanning electron microscope | JOEL | ||
| Source meter | Keithley | ||
| Table 1. Tables of Specific Reagents and Equipment. |
References
- Lipomi, D. J., Martinez, R. V., Whitesides, G. M. Use of thin sectioning (nanoskiving) to fabricate nanostructures for electronic and optical applications. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (37), 8566-8583 (2011).
- Xu, Q., Rioux, R. M., Dickey, M. D., Whitesides, G. M. Nanoskiving: A new method to produce arrays of nanostructures. Acc. Chem. Res. 41 (12), 1566-1577 (2008).
- Xu, Q., Rioux, R. M., Whitesides, G. M. Fabrication of complex metallic nanostructures by nanoskiving. ACS Nano. 1 (3), 215-227 (2007).
- Reed, M. A., Zhou, C., Muller, C. J., Burgin, T. P., Tour, J. M. Conductance of a molecular junction. Science. 278 (5336), 252-254 (1997).
- Chen, W., Ahmed, H., Nakazoto, K. Coulomb blockade at 77 k in nanoscale metallic islands in a lateral nanostructure. Appl. Phys. Let. 66 (24), 3383-3384 (1995).
- Morpurgo, A. F., Marcus, C. M., Robinson, D. B. Controlled fabrication of metallic electrodes with atomic separation. Appl. Phys. Let. 74 (14), 2084-2086 (1999).
- Paska, Y., Haick, H. Systematic cross-linking changes within a self-assembled monolayer in a nanogap junction: A tool for investigating the intermolecular electronic coupling. J. Am. Chem. Soc. 132 (6), 1774-1775 (2010).
- Park, J., Pasupathy, A. N., Goldsmith, J. I., Chang, C., Yaish, Y., Petta, J. R., Rinkoski, M., Sethna, J. P., Abruna, H. D., McEuen, P. L., Ralph, D. C. Coulomb blockade and the kondo effect in single-atom transistors. Nature. 417 (6890), 722-725 (2002).
- Nagase, T., Kubota, T., Mashiko, S. Fabrication of nano-gap electrodes for measuring electrical properties of organic molecules using a focused ion beam. Thin Solid Films. 438-439, 374-377 (2003).
- Kubatkin, S., Danilov, A., Hjort, M., Cornil, J., Brédas, J. -. L., Stuhr-Hansen, N., Hedegård, P., Bjørnholm, T. Single-Electron Transistor of a Single Organic Molecule with Access to Several Redox States. Nature. 425 (6959), 698-701 (2003).
- Notargiacomo, A., Foglietti, V., Cianci, E., Capellini, G., Adami, M., Faraci, P., Evangelisti, F., Nicolini, C. Atomic force microscopy lithography as a nanodevice development technique. Nanotechnology. 10 (4), 458-463 (1999).
- Qin, L., Park, S., Huang, L., Mirkin, C. A. On-wire lithography. Science. 309 (5731), 113-115 (2005).
- Hatzor, A., Weiss, P. S. Molecular rulers for scaling down nanostructures. Science. 291 (5506), 1019-1020 (2001).
- Pourhossein, P., Chiechi, R. C. Directly addressable sub-3 nm gold nano-gaps fabricated by nanoskiving using self-assembled monolayers as templates. ACS Nano. 6, 5566-5573 (2012).
- Lipomi, D. J., Ilievski, F., Wiley, B. J., Deotare, P. B., Lončar, M., Whitesides, G. M. Integrated fabrication and magnetic positioning of metallic and polymeric nanowires embedded in thin epoxy slabs. ACS Nano. 3 (10), 3315-3325 (2009).
- Mays, R. L., Pourhossein, P., Savithri, D., Genzer, J., Chiechi, R. C., Dickey, M. D. Thiol-containing polymeric embedding materials for nanoskiving. Journal of Materials Chemistry C. , (2013).
- Thuo, M. M., Reus, W. F., Nijhuis, C. A., Barber, J. R., Kim, C., Schulz, M. D., Whitesides, G. M. Odd-even effects in charge transport across self-assembled monolayers. J. Am. Chem. Soc. 133 (9), 2962-2975 (2011).
- Song, H., Kim, Y., Jeong, H., Reed, M. A., Lee, T. Coherent Tunneling Transport in Molecular Junctions. J. Phys. Chem. C. 114 (48), 20431-20435 (2010).
- Wang, W. Y., Lee, T., Reed, M. A. Mechanism of Electron Conduction in Self-Assembled Alkanethiol Monolayer Devices. Phys. Rev. B. 68 (3), 035416 (2003).
- Weiss, E. A., Chiechi, R. C., Kaufman, G. K., Kriebel, J. K., Li, Z., Duati, M., Rampi, M. A., Whitesides, G. M. Influence of defects on the electrical characteristics of Mercury-Drop junctions: Self-Assembled monolayers of n- Alkanethiolates on rough and smooth. 129 (14), 4336-4349 (2007).
