Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

تصنيع حزام تقسيم دوائر الرنين عمود نانوي القائم على النزوح الحالي الرنين وساطة في تيراهيرتز يتعلق بما وارء

Published: March 23, 2017 doi: 10.3791/55289
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Electrical and Computer Engineering, University of Minnesota

Summary

ويرد بروتوكول لتصميم وتصنيع القائم على عمود نانوي رواية انقسام عصابة مرنان (SRR).

Abstract

تيراهيرتز (THZ) انقسام عصابة مرنان (SRR) يتعلق بما وارء (MMS) وقد درس للغاز، والكيميائية، وتطبيقات الاستشعار البيولوجية الجزيئية للا يتأثر SRR حسب الخصائص البيئية مثل درجة الحرارة والضغط المحيطة مرنان. الإشعاع الكهرومغناطيسي في الترددات THz للهو حيويا، وهو حالة حرجة خاصة لتطبيق الاستشعار الجزيئية البيولوجية. ومع ذلك، فإن عامل الجودة (Q-عامل) والاستجابات تردد من الأغشية الرقيقة التقليدية القائمة مرنان انقسام حلقة (SRR) رسائل الوسائط المتعددة منخفضة جدا، مما يحد من الحساسيات والانتقائية أجهزة الاستشعار. في هذا العمل، والرواية الطبيون SRR القائم على عمود نانوي، وذلك باستخدام النزوح الحالية، تهدف إلى تعزيز Q-عامل يصل إلى 450، وهو أعلى بحوالي 45 مرة من أن من الرسائل المتعددة الوسائط التقليدية القائمة الأغشية الرقيقة. بالإضافة إلى تعزيز Q-عامل، رسائل الوسائط المتعددة القائمة على عمود نانوي لحث على التحولات تردد أكبر (17 مرات مقابل التحول التي حصلت عليها التقليدآل الطبيون على أساس الأغشية الرقيقة). بسبب تعزز إلى حد كبير Q-العوامل والتحولات تردد فضلا عن خاصية الإشعاع حيويا، وTHz للSRR القائم على عمود نانوي هم الطبيون مثالية لتطوير أجهزة الاستشعار البيولوجية الجزيئية مع حساسية عالية والانتقائية دون إحداث ضرر أو تشويه لالحيوية. وقد تجلى عملية تلفيق جديدة لبناء الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي لالطبيون THz للالنزوح الحالية التي تتوسط فيها. وتستخدم (الاتحاد الافريقي) عملية الطلاء الكهربائي من خطوتين الذهب وعملية الذري طبقة ترسب (محددة المدة) لإنشاء الثغرات 10 الفرعي نانومتر واسعة النطاق بين عمود نانوي الاتحاد الافريقي. منذ عملية محددة المدة هي عملية طلاء امتثالي، أكسيد الألومنيوم موحد (آل 2 يا 3) طبقة بسماكة نانومتر النطاق يمكن تحقيقه. بواسطة الكهربائي بالتتابع رقيقة الاتحاد الافريقي آخر لملء الفراغات بين آل 2 يا 3 والاتحاد الافريقي، ومعبأة قريبة الاتحاد الافريقي آل 2 يا 3 -Au هيكل مع نانو النطاق آل 2 يا 3 ثغرات يمكن أن يكونملفقة. حجم النانو ثغرات يمكن تعريف بشكل جيد عن طريق التحكم بدقة دورات ترسب عملية محددة المدة، التي لديها دقة 0.1 نانومتر.

Introduction

وقد وضعت تيراهيرتز (THZ) يتعلق بما وارء (MMS) لأجهزة الاستشعار الطبية الحيوية والأجهزة 1، 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 9، 10، 11 التردد رشيقة. من أجل تحسين حساسية وتردد انتقائية THz للأجهزة الاستشعار MM، وقد تم تصميم القائم على عمود نانوي انقسام عصابة مرنان (SRR) باستخدام النزوح الحالية ولدت داخل الذهب (الاتحاد الافريقي) صفائف عمود نانوي لإثارة الأصداء THz للمع العوامل فائقة الجودة ( Q-العوامل) (~ 450) (الشكل 1) 12. على الرغم من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي تظهر العالية العوامل س وقدرات الاستشعار واعدة، تلفيق مثل nanostructurوفاق مع نسب عالية (أكثر من 40) والثغرات نانو النطاق (دون 10 نانومتر) على مساحة واسعة لا تزال صعبة (13).

هذه التقنية الأكثر استخداما لصنع هياكل نانو النطاق هي شعاع الإلكترون الطباعة الحجرية (EBL) 14، 15، 16، 17. ومع ذلك، فإن قرار EBL لا يزال محدودا نظرا لحجم شعاع بقعة، نثر الإلكترون، خصائص مقاومة، وعملية التنمية 18 و 19. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه ليس من العملي لافتعال النانو باستخدام EBL على مساحة واسعة نظرا لوقت العملية بطيئة وتكاليف عملية كبيرة 20. استراتيجية أخرى لتحقيق النانو هو استخدام تقنية التجميع الذاتي 21 و 22. بواسطة nanocubes المعادن الذاتي تجميع (البلاغات) في حل وUTILتشغيلها على التفاعل كهرباء ورابطة بروابط البوليمر بين البلاغات، منظمة تنظيما جيدا مجموعة NC-الأبعاد واحد مع وجود ثغرات نانو النطاق يمكن أن يتحقق 23. حجم النانو الفجوة يعتمد على بروابط البوليمر بين البلاغات ويمكن التحكم من خلال تطبيق مواد البوليمر مختلفة مع مختلف الأوزان الجزيئية 24، 25، 26. هو التجميع الذاتي تقنية قوية لتحقيق النانو متدرجة وفعالة من حيث التكلفة 23. ومع ذلك، فإن عملية تصنيع أكثر تعقيدا بالمقارنة مع العمليات الصغيرة والمتناهية الصغر تلفيق التقليدية، والتحكم في أحجام نانو الفجوة ليست دقيقة بما فيه الكفاية لتطبيقات الأجهزة الإلكترونية. من أجل افتعال الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي بنجاح، يجب أن اخترع طريقة تلفيق رواية لتحقيق الأهداف التالية: أ) عملية تلفيق سهلة لتطبيق وغير متوافقة مع اتفاقيةالصغيرة والمتناهية الصغر تلفيق عمليات القاعدة، ب) تلفيق على مساحة واسعة للتطبيق. ج) الأحجام نانو الفجوة يمكن السيطرة عليها بسهولة، وعلى وجه التحديد مع قرار 0.1 نانومتر، ويمكن زيادتها الى 10 نانومتر أو أقل.

ويتجلى أسلوب تلفيق رواية باستخدام مزيج من عملية الطلاء الكهربائي وعملية ذرية طبقة ترسب (محددة المدة) لافتعال الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. منذ الكهربائي هو عملية ملء النفس مع انخفاض التكلفة، فمن السهل أن تصنيع الهياكل على مساحة واسعة. ALD هو عملية ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) والتي يمكن التحكم بدقة من قبل دورة رد فعل أثناء العملية. حل رقيقة محددة المدة يمكن أن يكون 0.1 نانومتر، ورقيقة وهي مغلفة بشكل موحد مع جودة عالية، والذي هو مناسبة لخلق نانو النطاق الثغرات 27 و 28. القائم على عمود نانوي مجموعة SRR مع 10 نانومتر الثغرات أو أقل يمكن أن تكون ملفقة بنجاح على مساحة 6 مم × 6 مم. كل من لياليتظهر imulated وقياس أطياف نقل THz للسلوكيات الرنانة مع Q-العوامل والتحولات تردد كبيرة عالية جدا، وهو ما يثبت جدوى من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي بوساطة النزوح الحالية. يتم وصف عملية تصنيع مفصلة أدناه في قسم البروتوكول، وبروتوكول الفيديو يمكن أن تساعد الممارسين لفهم عملية التصنيع وتجنب الأخطاء الشائعة المرتبطة تلفيق من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تحذير: العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في هذه التوليفات سامة أو قابلة للاشتعال للغاية، ويمكن أن يسبب تهيج وتلف الجهاز شديد عند لمسها أو استنشاقها. يرجى ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة (PPE) عند التعامل مع.

1. إعداد الطبقة الأولى من الذهب (الاتحاد الافريقي) عمود نانوي صالحة (الشكل 2A-ج و2E الشكل-ز)

  1. إعداد النحاس (النحاس) طبقات البذور ل Au الكهربائي (الشكل 2A، B و 2E الشكل، و)
    1. استخدام 4 "مقاومة عالية السيليكون (سي) رقاقة (المقاومة: 560-840 Ω · سم) والركيزة وسي ويفر هو N-نوع مخدر ومصقول على جانب واحد (الشكل 2A، ه).
    2. قطع سي ويفر إلى 2 سم × 2.5 سم قطعة لاستخدامها لاحقا.
    3. إيداع طبقة 5 نانومتر الكروم (الكروم) على عينة سي باستخدام شعاع الإلكترون (E-شعاع) عملية التبخر باعتبارها طبقة التصاق بين سي والنحاس.
    4. إيداع النحاس طبقة 10 نانومتر على الجزء العلوي من طبقة الكروم الموجودة باستخدامشعاع E عملية التبخر والطبقة البذور ل Au الكهربائي (الشكل 2B، و).
  2. الطلاء الكهربائي للعمود نانوي مجموعة الاتحاد الافريقي (الشكل 2C، ز)
    1. الزخرفة مجموعة عمود نانوي
      1. تدور معطف مقاوم الضوء على عينة أعدت في القسم 1.1 في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية.
      2. خبز العينة على طبق ساخن عند 115 درجة مئوية لمدة 60 ثانية.
      3. كشف مقاومة للضوء تحت الأشعة فوق البنفسجية (UV) خفيفة (قوة ~ 15 ميغاواط / سم 2) مع الضوئية الرئيسية الكروم التي تحتوي على الآلاف من أنماط عمود نانوي لمدة 22 ثانية.
      4. تطوير مع المطور لمدة 90 ق مع الإثارة.
      5. شطف العينة مع منزوع الأيونات الماء (DI) ومجففا للعينة مع بندقية الهواء.
    2. الطلاء الكهربائي للعمود نانوي مجموعة الاتحاد الافريقي
      1. إزالة القسم العلوي من مقاوم الضوء على عينة مع الأسيتون لفضح طبقة البذور النحاس للاتصال الكهربائي.
      2. ربط سامسبيل (طبقة البذور النحاس) إلى الطرف السالب من المتر المصدر باستخدام المشبك والأسلاك. في هذه الحالة، تكون العينة الأنود خلال عملية الطلاء الكهربائي.
      3. ربط قطعة من البلاتين (حزب العمال) المغلفة سي (نفس حجم العينة) إلى الطرف الموجب للمتر المصدر. وحزب العمال هو القطب السالب خلال عملية الطلاء الكهربائي.
      4. غمر كل من القطب السالب حزب العمال والنحاس القطب الموجب في حل الكهربائي الاتحاد الافريقي. الحفاظ على القطبين في مواجهة بعضهما البعض بمسافة ~ 1 سم.
      5. تشغيل متر المصدر وتوفير الجهد المستمر 1.12 خامسا بالكهرباء الاتحاد الافريقي على العينة لمدة 8 دقائق (معدل الترسيب: ~ 100 نانومتر / دقيقة).
      6. شطف العينة مع الماء DI، تليها الأسيتون لإزالة مقاومة للضوء.
      7. شطف العينة مع الماء DI مرة أخرى وضربة الجافة مع بندقية الهواء.
      8. تفقد مطلي الاتحاد الافريقي عمود نانوي مجموعة تحت المجهر.
      9. قياس سمك عمود نانوي الاتحاد الافريقي مع profilometer (سمكعمود نانوي او غير ~ 800 نانومتر).
        ملاحظة: يمكن أيضا ثابت الحالي مجموعة المتابعة أن تستخدم لبالكهرباء عمود نانوي الاتحاد الافريقي. في كل الجهد المستمر ومستمرة التكوينات الراهنة، ومثالية الجهد الحالي وتستخدم ل Au الكهربائي يمكن أن يتحقق عن طريق التجربة والخطأ.

2. إنشاء نانو الفجوات بين الاتحاد الافريقي عمود نانوي (الشكل 2D، ح)

  1. إزالة الكروم والنحاس طبقات
    1. غمر العينة في النحاس منمش حتى يختفي اللون النحاس.
    2. شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء.
    3. تفقد عمود نانوي الاتحاد الافريقي تحت المجهر.
    4. غمر العينة في الكروم قناع منمش لمدة 10 ثانية.
    5. شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء.
    6. تفقد عمود نانوي الاتحاد الافريقي تحت المجهر.
  2. تصنيع أكسيد الألومنيوم نانو النطاق (آل 2 يا 3) الثغرات
    1. تسخين شام نظام ALDالبر إلى 200 درجة مئوية.
    2. وضع العينة في وسط الغرفة.
    3. ضخ أسفل غرفة إلى فراغ وتعيين عدد دورة إلى 100 (معدل الترسيب: ~ 1 A / دورة).
    4. بالتتابع وبدلا من ذلك النبض ثلاثي ميثيل ألومنيوم (TMA) الغاز مع فترة زمنية من 0.015 الصورة والماء (H 2 O) بخار مع فترة زمنية من 0.015 الصورة في غرفة لإيداع موحد آل 2 يا 3 طبقات على العينة. الفجوة الزمنية بين كل نبضة هو 5 ثوان. وضغط الغرفة خلال نبض TMA 10 عربة والضغط أثناء H 2 O بخار النبض هو 2 عربة.
    5. تطهير وفراغ الغرفة بين كل دورة من ترسب. إيداع آل 2 يا 3 لمدة 100 دورات وإخراج عينة من الغرفة.
    6. قياس سماكة محددة المدة آل 2 يا 3 باستخدام ellipsometer.

3. إعداد الطبقة الثانية من الاتحاد الافريقي رقيقة (الشكل 2I-لتر والشكل 2M-ع)

  1. إعداد طبقات البذور النحاس ل Au الكهربائي (الشكل 2I، م)
    1. وضع العينة في وسط لصاحب العينة المبخر شعاع E.
    2. إيقاف دوران العينة في المبخر شعاع E.
    3. إيداع الكروم طبقة 5 نانومتر على العينة ليكون بمثابة طبقة التصاق بين آل 2 يا 3 والنحاس. استخدام عملية التبخر شعاع E دون دوران العينة.
    4. إيداع 10 نانومتر النحاس في أعلى طبقة الكروم القائمة باستخدام عملية التبخر شعاع E دون دوران عينة كطبقة البذور ل Au الكهربائي.
  2. الكهربائي الفيلم الاتحاد الافريقي رقيقة (الشكل 2J، ن)
    1. ربط العينة (طبقة البذور النحاس) إلى السالب للمتر المصدر باستخدام المشبك والأسلاك. في هذه الحالة، تكون العينة الأنود خلال عملية الطلاء الكهربائي.
    2. توصيل القطب السالب حزب العمال إلى الطرف الموجب للمتر المصدر.
    3. غمر كل من القطب السالب حزب العمال والنحاس انوده في حل الكهربائي الاتحاد الافريقي. الحفاظ على القطبين في مواجهة بعضهما البعض بمسافة ~ 1 سم.
    4. تشغيل متر المصدر وانشاء الجهد المستمر من 1.35 V وبالكهرباء الاتحاد الافريقي على العينة لمدة 16 دقيقة.
    5. شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء.
    6. تفقد الاتحاد الافريقي مطلي ومطلي سابقا الاتحاد الافريقي عمود نانوي مجموعة تحت المجهر.
    7. قياس سمك عمود نانوي الاتحاد الافريقي مع profilometer (سمك عمود نانوي الاتحاد الافريقي هو ~ 400 نانومتر).
      ملاحظة: على غرار الكهربائي الاتحاد الافريقي في القسم 1.2.2، ثابت الحالي مجموعة المتابعة يمكن أن تستخدم أيضا لبالكهرباء الاتحاد الافريقي رقيقة. في كل الجهد المستمر ومستمرة التكوينات الراهنة، ومثالية الجهد الحالي وتستخدم ل Au الكهربائي يمكن أن يتحقق عن طريق التجربة والخطأ.
  3. إزالة الكروم والنحاس طبقات (الشكل 2K، س)
    1. غمر العينة في النحاس منمش لمدة 10 ثانية.
    2. شطف العينة مع DI والماءد ضربة الجافة مع بندقية الهواء.
    3. تفقد عمود نانوي الاتحاد الافريقي تحت المجهر.
    4. غمر العينة في الكروم قناع منمش لمدة 10 ثانية.
    5. شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء.
    6. تفقد عمود نانوي الاتحاد الافريقي تحت المجهر.
      ملاحظة: بدلا من ذلك، غمر العينة في الاتحاد الافريقي حل الكهربائي مرة أخرى لإيداع طبقة إضافية من الاتحاد الافريقي في أعلى طبقة الاتحاد الافريقي مطلي الثانية بعد إزالة الكروم والنحاس (الخطوة 3.3). هذه الطبقة الاتحاد الافريقي إضافية تزيد من سمك الكلي للطبقة الثانية للاتحاد ويضمن اتصال جيد بين طبقة الاتحاد الافريقي وطبقة آل 2 يا 3 (الشكل 2I، ع).

4. تعريف C-شكل SRR (الشكل 2Q-الصورة والشكل، 2U ث)

  1. الزخرفة على SRR C-الشكل (الشكل 2Q، ش)
    1. تدور معطف مقاوم الضوء على العينة في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية.
    2. خبز العينة على طبق ساخن من 115 درجة مئوية لمدة 60 ثانية.
      3. 2) مع الضوئية الرئيسية الكروم لمدة 22 ثانية.
    3. تطوير مع المطور لمدة 90 ق مع الإثارة.
    4. شطف العينة بالماء DI ومجففا للعينة مع بندقية الهواء.
  2. تعريف C-الشكل باستخدام طاحونة أيون (الشكل 2R، والخامس والشكل 2S، ث)
    1. إرفاق العينة على صاحب العينة ايون مطحنة باستخدام النحاس الشريط موصل على الوجهين.
    2. تهدئة غرفة ايون مطحنة إلى 6 درجات مئوية.
    3. ايون طاحونة العينة مع الجهد شعاع من 300 V وشعاع الحالية من 125 مللي أمبير ل~ 30 دقيقة.
    4. إخراج عينة وفحص عمود نانوي الاتحاد الافريقي خارج C-الشكل.
    5. كرر الخطوة 4.2.3 و4.2.4 إذا الاتحاد الافريقي لا تزال واضحة خارج C-الشكل.
    6. يصوتن العينة في الأسيتون لإزالة مقاومة للضوء.
    7. شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء.
    8. تفقد العينة تحت المجهر.
    9. كرر الخطوة 4.2.6 و 4.2.7 إذا لم يتم إزالة مقاومة للضوء بشكل كامل.
      ملاحظة: بدلا من ذلك، وتطبيق الأوكسجين مقاومة تليين خطوات لمقاومة للضوء قبل إزالة مقاومة للضوء. ومع ذلك، حمام صوتنة هو الأسلوب الأكثر فعالية لإزالة مقاومة للضوء إذا كان ذلك ممكنا.

5. إزالة آل 2 يا 3 للطيران نانو الثغرات (الشكل 2T، خ)

  1. غمر العينة في 5٪ محلول فلوريد الهيدروجين (HF) لمدة 5 دقائق لإزالة آل 2 يا 3.
  2. شطف العينة بالماء DI وضربة الجافة مع بندقية الهواء.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تظهر مخططات تصنيع كل خطوة (الشكل 2A-خ). وقد تم جمع الصور الضوئية (الشكل 2Y-ميلان) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وصور (الشكل 2ad-AG) للالممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي في خطوات تصنيع مختلفة. الرسوم المتحركة (الشكل 2A-ج) توضح الطبقة الأولى من عمود نانوي الاتحاد الافريقي مطلي والطبقة الثانية من الأفلام الاتحاد الافريقي مطلي فضلا عن الثغرات-نانو خلق بينهما. ويبين الشكل 2D مخطط المقطع العرضي من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي مع كل من آل 2 يا 3 نانو الثغرات والفجوات نانو الهواء. وقد تم جمع الصور ووزارة شؤون المرأة لمجموعة SRR ومقياس النانو الفجوات القائمة على عمود نانوي بين عمود نانوي الاتحاد الافريقي (الشكل 2AF، 2ag، 3E-ح). عرضت كل من محاكاة وقياس أطياف انتقال من العينات مع آل 2 يا 3 نانو الثغرات والفجوات نانو الهواء (الشكل 3I-L).

jove_content "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> شكل 1
الشكل 1: مثال على الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي بوساطة النزوح الحالية. (أ، ب) الإزاحة التيار (I د) يتسبب بين اثنين من لوحات معدنية واثنين عمود نانوي من الحقول الكهربائية E. (ج) رسم تخطيطي للالممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي يحددها آلاف عمود نانوي الاتحاد الافريقي (H: ارتفاع عمود نانوي، A: تواجه المجال؛ د: نانو حجم الفجوة؛ ل: عرض عمود نانوي وε: السماحية في النانو الثغرات) . (د) Q-عامل SRR القائم الأغشية الرقيقة وSRR القائم على عمود نانوي. وQ-عامل من نحو 450 يمكن أن يتحقق مع SRR القائم على عمود نانوي بحجم النانو الفجوة من 10 نانومتر. ويتم تكييف هذا الرقم بإذن من المواد المتقدمة بصري 12. ig1large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2: خطط تصنيع الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. (أ - ر) 3D الرسوم المتحركة والمقطع العرضي الخطط من عملية تصنيع الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. (ص - ميلان) الصور الضوئية من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي في خطوات تصنيع مختلفة. (إعلان - AG) الصور SEM من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي في خطوات تصنيع مختلفة فضلا عن 5 نانومتر آل 2 يا 3 الثغرات (AG). ويتم تكييف هذا الرقم بإذن من المواد المتقدمة بصري 12. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

FO: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> الشكل (3)
الشكل (3):، توصيف من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. (أ - د) مخططات تصنيع الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. (ه - ح) الصور SEM من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. (ط) محاكاة الأطياف انتقال آل 2 يا 3 نانو الفجوة الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. (ي) بقياس أطياف انتقال آل 2 يا 3 نانو الفجوة الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. (ك) محاكاة الأطياف انتقال من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي الهواء نانو الفجوة. (ل) بقياس أطياف انتقال من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي الهواء نانو الفجوة. ويتم تكييف هذا الرقم بإذن من المواد المتقدمة بصري 12. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. </ أ>

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

هذه التقنية تلفيق لها مزايا كبيرة لإنشاء هياكل نانو النطاق على الطرق القائمة، مثل الطباعة الحجرية E-الحزم والتجميع الذاتي. أولا، وهياكل نانو النطاق يمكن أن تتحقق على مساحة واسعة (على رقاقة بأكمله) باستخدام الضوئية الرئيسية التي يتميز صفائف عمود نانوي، وهي ليست عملية مع عملية الطباعة الحجرية شعاع E. ثانيا، تستخدم عملية تلفيق عملية التقليدية على نطاق ورقاقة صغيرة تلفيق، وهو أسرع بكثير وأبسط، وأقل تكلفة مقارنة E-شعاع الطباعة الحجرية. ثالثا، نانو الثغرات المستوى الذري يمكن أن تنشأ بسهولة عن طريق عملية محددة المدة مع أحجام ميزة تسيطر على وجه التحديد.

الكروم والنحاس E-شعاع التبخير دون دوران عينة تسمح الكروم والنحاس ترسب مباشرة على الركيزة مع ترسب جدار أدنى حد ممكن. هذا أمر بالغ الأهمية لعملية الطلاء الكهربائي الاتحاد الافريقي التالية بسبب الاتحاد الافريقي لا يمكن مطلي على طبقة البذور النحاس متصل متر المصدر. منذ طبقة النحاس يتم قطع الصورة في أعلى عمود نانوي الاتحاد الافريقي مع طبقة النحاس على الركيزة والاتحاد الافريقي لا يمكن مطلي على الركيزة. نوعية وسمك الاتحاد الافريقي مطلي تعتمد على الجهد الكهربائي / الحالي والوقت الكهربائي. الجهد العالي / الحالي يؤدي إلى معدل الترسيب عالية. ومع ذلك، يمكن أن ارتفاع الجهد / الحالي أيضا يؤدي إلى تدني نوعية الاتحاد الافريقي الترسيب. مطلي الاتحاد الافريقي مع جودة منخفضة والموصلية الكهربائية أقل بالمقارنة مع المواد الاتحاد الافريقي القياسية، فضلا عن الكثير من الفراغات في الاتحاد الافريقي، مما يقلل من كثافة النزوح الحالية تعميم SRR، مما يؤدي إلى سلوك الرنانة ضعيفة وحجم أقل من قمم الرنانة . ولذلك، فإن الجهد المناسب / الحالي هو ضروري لتحقيق جودة عالية عمود نانوي الاتحاد الافريقي. الجلفنة الوقت والجهد / الحالي يجب أيضا تسيطر على وجه التحديد للتأكد من أن سمك طبقة رقيقة الاتحاد الافريقي (الطبقة الثانية من الاتحاد الافريقي) هو أقل من ذلك للعمود نانوي الاتحاد الافريقي (الطبقة الأولى من الاتحاد الافريقي).

"jove_content"> 100 دورات محددة المدة يمكن أن يحقق حوالي 10 نانومتر سميكة آل 2 يا 3 طبقة على حد سواء الركيزة سي والجدران الجانبية للعمود نانوي الاتحاد الافريقي. معدل الترسيب وجودة آل 2 يا 3 أودعتها محددة المدة يعتمد على درجة حرارة التفاعل داخل الغرفة. ينصح درجة حرارة التفاعل من أعلى من 200 درجة مئوية إلى تحقيق الجودة العالية آل 2 يا 3 أفلام. عدد دورة ودرجة الحرارة يمكن أن تسيطر على وجه التحديد للحصول على آل 2 يا 3 طبقة بسماكة المطلوب. حجم النانو الثغرات (الشكل 3H) هو أمر حاسم لتحقيق درجة عالية من العوامل س من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. زيادة حجم النانو الفجوة يزيد من تخزين الطاقة داخل النانو الثغرات، الأمر الذي يؤدي إلى ارتفاع Q-عامل. ولكن حجم النانو الثغرات التي لا يمكن زيادة سبيل المثال لا الحصر. عندما تتجاوز أحجام نانو الفجوة حوالي 50 نانومتر، وتيار الإزاحة بين عمود نانوي الاتحاد الافريقي يسقط بشكل كبير وغير قادر على تمرير من خلال نالشرج-الثغرات، مما أدى إلى اختفاء الردود الرنانة. وبالإضافة إلى ذلك، إذا كان حجم آل 2 يا 3 نانو الثغرات أقل من 2 نانومتر، والجهد الكهربائي ل Au ترسب تستطيع انهيار الجدار العازل (آل 2 يا 3 نانو الفجوات)، مما أدى إلى التوصيل بين عمود نانوي الاتحاد الافريقي و الحل الاتحاد الافريقي الكهربائي، الأمر الذي يؤدي إلى طبقة الاتحاد الافريقي الثانية مطلي على رأس عمود نانوي الاتحاد الافريقي (طبقة الذهبية الاولى). هذا الحد يؤدي إلى صعوبة تحقيق رقيقة جدا آل 2 يا 3 الثغرات دون كسر حاجز عازل بين عمود نانوي الاتحاد الافريقي.

تم استخدام طريقة العناصر المحدودة (فيم) لمحاكاة الممثلين شبه الإقليميين (الشكل 3I و3K). ومن المعروف أن ثلاث قمم صدى في أطياف نقل كوضع الأول (1 ش)، ووضع الثانية (2 الثانية)، والنمط الثالث (3 الثالثة) من SRR. أطياف انتقال الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي مع 10 نانومتر آل 3 الثغرات والفجوات 10 الهواء نانومتر باستخدام التحليل الطيفي THz للوقت المجال (الشكل 3J و3L). جميع الأطياف انتقال مدروس يتناسب مع معطياته، وهو ما يثبت أن الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي ملفقة تلبية تصميم المتوقع.

مزيج من المعادن الأغشية الرقيقة مستمرة وعازلة الثغرات نانو النطاق توفر الهياكل لمزيد من تخزين الطاقة مقارنة مع الممثلين شبه الإقليميين القائم على الأفلام التقليدية، مما يؤدي إلى Q-العوامل فائقة من حوالي 450 (أكثر من 45 مرات أعلى من Q-عامل من الممثلين شبه الإقليميين على أساس الأغشية الرقيقة التقليدية) والتحولات تردد كبير (حوالي 17 مرة أكبر من التحول تردد من الممثلين شبه الإقليميين على أساس الأغشية الرقيقة). تقنية تصنيع فريدة من نوعها هو مبين في هذه المجلة الفيديو تسمح لتصنيع الآلاف من عمود نانوي تشكيل الممثلين شبه الإقليميين على مساحة واسعة. منذ تشكيل عمود نانوي الاتحاد الافريقي يزيد إلى حد كبير المناطق السطحية من الممثلين شبه الإقليميين وعدد من الثغرات نانو النطاق الرهانعمود نانوي الاتحاد الافريقي وين يعزز كمية تخزين الطاقة (الشحنات الكهربائية)، العوامل س فائقة يمكن أن يتحقق مما يؤدي إلى حساسية عالية. وبالإضافة إلى ذلك، يتم عرض المواد المطبقة على الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي داخل تساهم-الثغرات نانو للتغيرات السماحية للنانو الثغرات، مما أدى إلى تحولات التردد كبيرة من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي، الأمر الذي يؤدي إلى الانتقائية العالية. وهكذا فإن الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي ملفقة باستخدام الاتحاد الافريقي الكهربائي وتقنيات محددة المدة مثالية للوحدات الاستشعار الجزيئية البيولوجية الكيميائية حادة للغاية و.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

وتستند هذه المواد على العمل بدعم من صندوق البدء في جامعة مينيسوتا، والمدن التوأم. نفذت أجزاء من هذا العمل في مرفق توصيف، جامعة مينيسوتا، وهو عضو في المواد أبحاث شبكة المرافق تمول NSF (www.mrfn.org) عن طريق برنامج MRSEC. ونفذ جزء من هذا العمل أيضا في مركز مينيسوتا نانو التي تتلقى دعما جزئيا من جبهة الخلاص الوطني من خلال برنامج NNCI.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silicon Wafer Siltronic AG N/A 100 mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 Ω•cm
Chromium Kurt J. Lesker Company EVMCR35J 99.95% pure
Copper Kurt J. Lesker Company EVMCU40QXQJ 99.99% pure
E-Beam Evaporator System Rocky Mountain Vacuum Tech. N/A RME-2000
S1813 Positive Photoresist Microposit 10018348 N/A
Spinner Best Tools S0114031123 SMART COATER 100
Mask Aligner Midas MDA-400LJ N/A
Digital Hot Plate Thermo Scientific HP131725 Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 °C
MF319 Developer Microposit 10018042 N/A
Acetone Fisher Chemical A18P-4 N/A
Isopropyl Alcohol Fisher Chemical A416-4 N/A
Gold 25 ES RTU Technic Inc. 391427 N/A
Source Meter Keithley N/A 2612 System SourceMeter
Microscope Omax NJF-120A N/A
Profilometer Tencor Instruments N/A Alpha-Step 200
APS Copper Etchant 100 Transfene Company, Inc. N/A N/A
CE-5 M Chromium Mask Etchant Transfene Company, Inc. N/A N/A
Atomic Layer Deposition System Cambridge Nano Tech inc. N/A Savannah series
Ion Mill Etching System Intlvac Thin Film N/A Nanoquest series
Ultrasonic Cleaner Crest Ultrasonics N/A Powersonic series
Hydrofluoric Acid Sigma-Aldrich 244279 Diluted to 5%
Field Emission Gun Scanning Electron Microscope Jeol Ltd. N/A JEOL 6700 series

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Xu, X., et al. Flexible visible-infrared metamaterials and their applications in highly sensitive chemical and biological sensing. Nano Lett. 11 (8), 3232-3238 (2011).
  2. Singh, R., Cao, W., Al-Naib, I., Cong, L., Withayachumnankul, W., Zhang, W. Ultrasensitive terahertz sensing with high-Q Fano resonances in metasurfaces. Appl. Phys. Lett. 105 (17), 171101 (2014).
  3. Torun, H., Top, F. C., Dundar, G., Yalcinkaya, A. An antenna-coupled split-ring resonator for biosensing. J. Appl. Phys. 116 (12), 124701 (2014).
  4. Chen, T., Li, S., Sun, H. Metamaterials application in sensing. Sensors. 12 (3), 2742-2765 (2012).
  5. Jaruwongrungsee, K., et al. Microfluidic-based Split-Ring-Resonator Sensor for Real-time and Label-free Biosensing. Procedia Eng. 120, 163-166 (2015).
  6. Han, J., Lakhtakia, A. Semiconductor split-ring resonators for thermally tunable terahertz metamaterials. J. Mod. Optic. 56 (4), 554-557 (2009).
  7. Melik, R., Unal, E., Perkgoz, N. K., Puttlitz, C., Demir, H. V. Flexible metamaterials for wireless strain sensing. Appl. Phys. Lett. 95 (18), 181105 (2009).
  8. Naqui, J., Durán-Sindreu, M., Martín, F. Alignment and position sensors based on split ring resonators. Sensors. 12 (9), 11790-11797 (2012).
  9. Chiam, S., Singh, R., Gu, J., Han, J., Zhang, W., Bettiol, A. A. Increased frequency shifts in high aspect ratio terahertz split ring resonators. Appl. Phys. Lett. 94 (6), 064102 (2009).
  10. Gil, I., et al. Varactor-loaded split ring resonators for tunable notch filters at microwave frequencies. Electron. Lett. 40 (21), 1347-1348 (2004).
  11. Driscoll, T., et al. Tuned permeability in terahertz split-ring resonators for devices and sensors. Appl. Phys. Lett. 91 (6), 062511 (2007).
  12. Liu, C., et al. Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials. Adv. Opt. Mater. 4 (8), 1302-1309 (2016).
  13. Huang, M., Zhao, F., Cheng, Y., Xu, N., Xu, Z. Large area uniform nanostructures fabricated by direct femtosecond laser ablation. Opt. Express. 16 (23), 19354-19365 (2008).
  14. Broers, A., Molzen, W., Cuomo, J., Wittels, N. Electron-beam fabrication of 80-Å metal structures. Appl. Phys. Lett. 29 (9), 596-598 (1976).
  15. Isaacson, M., Muray, A. Insitu vaporization of very low molecular weight resists using 1/2 nm diameter electron beams. J. Vac. Sci. Technol. 19 (4), 1117-1120 (1981).
  16. Yang, J. K., et al. Understanding of hydrogen silsesquioxane electron resist for sub-5-nm-half-pitch lithography. J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2622-2627 (2009).
  17. Duan, H., Yang, J. K., Berggren, K. K. Controlled Collapse of High-Aspect-Ratio Nanostructures. Small. 7 (18), 2661-2668 (2011).
  18. Cord, B., et al. Limiting factors in sub-10nm scanning-electron-beam lithography. J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2616-2621 (2009).
  19. Manfrinato, V. R., et al. Resolution limits of electron-beam lithography toward the atomic scale. Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).
  20. Ashraf, M., Sreenath, A., Chollet, F. Low-cost mould for nano-imprinting uses monolayer of self-organized nanospheres. SPIE Newsroom. , (2007).
  21. Hu, T., Gao, Y., Wang, Z., Tang, Z. One-dimensional self-assembly of inorganic nanoparticles. Front. Phys. China. 4, 487-496 (2009).
  22. Kitching, H., Shiers, M. J., Kenyon, A. J., Parkin, I. P. Self-assembly of metallic nanoparticles into one dimensional arrays. J. Mater. Chem. A. 1 (24), 6985-6999 (2013).
  23. Klinkova, A., et al. Structural and optical properties of self-assembled chains of plasmonic nanocubes. Nano Lett. 14 (11), 6314-6321 (2014).
  24. Caswell, K., Wilson, J. N., Bunz, U. H., Murphy, C. J. Preferential end-to-end assembly of gold nanorods by biotin-streptavidin connectors. J. Am. Chem. Soc. 125 (46), 13914-13915 (2003).
  25. Liu, K., et al. Step-growth polymerization of inorganic nanoparticles. Science. 329 (5988), 197-200 (2010).
  26. Nie, Z., Fava, D., Kumacheva, E., Zou, S., Walker, G. C., Rubinstein, M. Self-assembly of metal-polymer analogues of amphiphilic triblock copolymers. Nat. Mater. 6 (8), 609-614 (2007).
  27. Chen, X., et al. Atomic layer lithography of wafer-scale nanogap arrays for extreme confinement of electromagnetic waves. Nat. Commun. 4 (2361), (2013).
  28. Nam, S., et al. Sub-10-nm nanochannels by self-sealing and self-limiting atomic layer deposition. Nano Lett. 10 (9), 3324-3329 (2010).

Tags

الهندسة، العدد 121، يتعلق بما وارء، تيراهيرتز، المرنانات حلقة الانقسام، تيار الإزاحة، عمود نانوي، عامل الجودة، الفجوة نانو
تصنيع حزام تقسيم دوائر الرنين عمود نانوي القائم على النزوح الحالي الرنين وساطة في تيراهيرتز يتعلق بما وارء
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liu, C., Schauff, J., Lee, S., Cho,… More

Liu, C., Schauff, J., Lee, S., Cho, J. H. Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials. J. Vis. Exp. (121), e55289, doi:10.3791/55289 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter