Summary
A fabricação de eletricamente endereçável, high-aspect-ratio (> 1000:1) nanofios metálicos separados por intervalos de nanômetros individuais, seja através de camadas de sacrifício de alumínio e prata ou monocamadas auto-organizadas como modelos é descrito. Estas estruturas nanogap são fabricados sem uma sala limpa, ou quaisquer processos de foto-litografia de feixe de electrões ou por uma forma de extremidade litografia conhecido como nanoskiving.
Abstract
Há vários métodos de fabricação nanogaps com espaçamentos controlados, mas o controle preciso sobre o espaço sub-nanométrica entre dois eletrodos e gerando-los em prática ainda quantidades-é um desafio. A preparação dos eléctrodos nanogap utilizando nanoskiving, que é uma forma da aresta de litografia, é uma técnica simples, rápido e poderoso. Este método é um processo totalmente mecânico, que não inclui qualquer foto-litografia ou passos de feixe de electrões e não requer qualquer equipamento especial ou infra-estruturas, tais como salas limpas. Nanoskiving é usado para fabricar nanogaps electricamente endereçáveis com controle de todas as três dimensões, a dimensão mais pequena dessas estruturas é definida pela espessura da camada de sacrifício (Al ou Ag) ou de monocamadas auto-montadas. Estes fios podem ser posicionados manualmente, transportando-os em gotas de água e são diretamente eletricamente endereçável; nenhuma outra litografia é necessário para conectá-los a umeletrômetro.
Introduction
Este artigo descreve a fabricação de eletricamente endereçáveis, nanofios de alto aspecto-ratio de ouro separados por intervalos de nanômetros único usando vácuo depositado alumínio e prata como camadas de espaçador de sacrifício para lacunas> 5 nm e monocamadas auto-organizadas (SAMs) de alkanedithiols para as lacunas tão pequenas quanto 1,7 nm. Nós fabricado estas nanoestruturas sem uma sala limpa, ou quaisquer processos de fotolitografia por seccionamento estruturas sanduíche de ouro, separadas por um espaçador sacrificial usando ultramicrótomo, uma forma de ponta conhecida como litografia nanoskiving. 1-3 Este método é uma combinação da deposição de metal fino filmes e corte usando um ultramicrótomo. O principal passo na nanoskiving está cortando seções finas com um ultramicrótomo equipado com faca de diamante, que é ligado a um barco cheio de água para produzir lajes que são tão finas como ~ 30 nm. Ultramicrotomes são amplamente utilizados para a preparação de amostras finas para imagiologia óptica ou com elegerron microscopia e muitos dos mais experiência praticantes de ultramicrotomia vêm de um fundo biológico ou médico. Há vários métodos de fabricação nanogaps incluindo junções mecânicas break, 4 de litografia por feixe de elétrons 5, eletroquímica chapeamento, 6, 7, 8 eletromigração focada litografia por feixe de íons, 9 sombra de evaporação, 10 sondas de varredura e microscopia de força atômica, 11 de litografia em fios , os governantes 12 e molecular. 13 Todos estes métodos têm suas próprias características e aplicações, mas produzindo e dirigindo nanogaps tanto em números úteis e com um controle preciso sobre as dimensões do fosso continua a ser um desafio. Além disso, estes métodos têm elevados custos de funcionamento, que estão limitados à classe de materiais que podem sobreviver a processos de corrosão, e são limitados na resolução. Nanoskiving permite a rápida fabricação de nanofios eletricamente endereçáveis com spacings de nanômetros de solteiro no bancada. Estamos interessados na prototipagem rápida de nanoestruturas para a eletrônica molecular, para que os eletrodos nano-fabricados não requerem técnicas especializadas ou demorado; 14 uma vez por bloco é feita, ela pode produzir centenas de milhares de nanoestruturas, (série) em demanda. No entanto, a técnica não é limitada à SAM ou electrónica molecular e é um método geral para a preparação de um espaço entre duas nanoestruturas. Neste artigo é usar a prata, o alumínio, e SAM como camadas sacrificiais para produzir aberturas de diferentes tamanhos entre os nanofios de ouro, mas a técnica não se limita a estes materiais (ou nanofios metálicos). Os fios são de pick-and-place e são compatíveis com o alinhamento magnético, assim eles podem ser colocados em substratos arbitrárias. 15 Outra força nanoskiving é que ele proporciona o controle sobre todas as três dimensões. As dimensões das amostras são determinados pela topografia do substrato (X), oespessura do filme depositado (Y) e da espessura da laje produzido pelo ultramicrótomo (Z). Figura 1 resume o procedimento utilizado para produzir os nanofios com o espaçamento definido. Características de ouro (1-2 mm de comprimento) são depositados por meio de evaporação através de uma máscara de teflon sobre um substrato de silício. Epofix (Electron Microscopy Sciences) epoxi pré-polímero é vertida sobre toda a bolacha, que cobre as características de ouro, quando o epóxi está curada, o epoxi é separado da pastilha (isto é, através de modelo de stripping); as características do ouro permanece aderida ao epóxi . Para camadas sacrificiais metálicos, de alumínio ou de prata é evaporado com a espessura desejada através da máscara de Teflon com um deslocamento de 200-500 mM durante as características do ouro. Para a produção de sub-intervalos 5 nm, uma SAM é formada por submersão das características do ouro em uma solução etanólica a 1 mM do ditiol apropriado durante a noite. Um segundo conjunto de ouro (ou outro metal) é depositada, colocando a máscara de sombra sobre o teflonprimeira camada de características de ouro (coberto de prata, alumínio ou de um SAM) com um deslocamento de 200-500 uM no que diz respeito à primeira evaporação. Esse deslocamento eventualmente define a dimensão mais longa da abertura, e pode ser medida com precisão utilizando uma micro-régua antes de incorporar toda a estrutura em epóxi para o seccionamento. Em seguida, toda a estrutura está inserida em um bloco de epóxi, que poderia então estar pronto para o corte com o ultramicrótomo. O braço de amostra contém o bloco preparado com o avanço da faca de diamante no sentido em que os estribos que definem a espessura das placas. A secção resultante flutua na água no barco.
Protocol
Representative Results
Discussion
Neste trabalho, demonstrou a fabricação de estruturas nanogap usando nanoskiving. Este método experimental simples, permite a produção de nanoestruturas na taxa de cerca de uma por segundo, com o controle de todas as três dimensões. -A dimensão do intervalo é definida por incorporação quer camadas sacrificiais de alumínio e prata ou monocamadas auto-montadas de ditióis (que proporciona uma resolução tão pequena quanto um). As nanoestruturas podem ser posicionados à mão sobre qualquer substrato arbitrá…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho faz parte do Programa Solar Conjunta (JSP) de Hyet Solar ea Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie FOM, que faz parte da Organização Holandesa para Pesquisa Científica (NWO).
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
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