Waiting
Login processing...

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

Engineering

Fabrikasjon av Nanopillar-baserte Split Ring resonatorer for Displacement Nåværende mediert Resonans i terahertz Metamaterials

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

Summary

En protokoll for design og fabrikasjon av en roman nanopillar basert split ring resonator (SRR) er presentert.

Abstract

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMS) har blitt studert for gass, kjemisk og biomolekylære sensing programmer fordi SRR ikke påvirkes av miljømessige egenskaper som temperatur og trykk rundt resonatoren. Elektromagnetisk stråling i THz frekvenser er biokompatible, som er en kritisk tilstand, spesielt for anvendelse av biomolekylære føle. Imidlertid kvalitetsfaktoren (Q-faktor), og frekvensresponsen tradisjonelle tynnfilmbaserte splittring resonator (SRR) MMS er meget lav, noe som begrenser deres følsomhet og selektivitet som sensorer. I dette arbeidet, nye nanopillar basert SRR MMS, utnytte forskyvning gjeldende, er utformet for å forbedre Q-faktoren opp til 450, som er rundt 45 ganger høyere enn for tradisjonelle tynnfilmbaserte MMS. I tillegg til den forbedrede Q-faktor, er nanopillar baserte MMS indusere en større frekvensforskyvninger (17 ganger i forhold til skift oppnådd ved tradisjonal tynnfilmbaserte MMS). På grunn av betydelig forbedrede Q-faktorer og frekvens skift samt eiendom biokompatible stråling, THz nanopillar baserte SRR er ideelle MMS for utvikling av biomolekylære sensorer med høy følsomhet og selektivitet uten å indusere skader eller forvrengning på biomaterialer. En roman fabrikasjon prosessen har vist seg å bygge nanopillar baserte SRRs for forskyvning dagens medierte THz MMS. En to-trinns gull (Au) galvanisering prosessen og en atom lag deponering (ALD) prosessen brukes til å lage sub-10 nm skala gap mellom Au nanopillars. Siden ALD prosessen er et konformt belegg prosess, en ensartet aluminiumoksyd (Al 2 O 3) lag med nanometer-skala tykkelse kan oppnås. Ved sekvensielt galvanisering annen Au tynn film for å fylle mellomrom mellom Al 2 O 3 og Au, et tettpakket Au-Al 2 O 3 au struktur med nano-skala Al 2 O 3 hull kan værefabrikkert. Størrelsen av nano hullene kan være godt definert ved nøyaktig å kontrollere avsetnings sykluser av ALD prosessen, som har en nøyaktighet på 0,1 nm.

Introduction

Terahertz (THz) metamaterials (MMS) er utviklet for biomedisinske sensorer og frekvens-scanning enheter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. For å forbedre følsomheten og frekvens selektiviteten til THz MM sensorene, har en nanopillar basert splittring resonator (SRR) er konstruert ved hjelp av fortrengning strøm som genereres inne gull (Au) nanopillar matriser for å eksitere THz resonanser med ultra-høy kvalitetsfaktorer ( Q-faktorer) (~ 450) (figur 1) 12. Selv om nanopillar baserte SRRs viser høye Q-faktorer og lovende sensing evner, fabrikasjon av slike nanostructures med høye sideforhold (mer enn 40) og nano-skala hullene (sub-10 nm) over et stort område forblir utfordrende 13.

Den mest brukte teknikken til å dikte nano-skala strukturer er elektronstrålelitografi (EBL) 14, 15, 16, 17. Imidlertid er oppløsningen av EBL fremdeles begrenset på grunn av strålen sted størrelsen, elektron spredning, egenskapene til å motstå, og den utviklingsprosessen 18, 19. I tillegg er det ikke praktisk å fremstille nanostrukturer ved hjelp av EBL over et stort område på grunn av en langsom prosess tid og store prosesskostnader 20. En annen strategi for å oppnå nanostrukturer er å bruke en selvbygging teknikk 21, 22. Ved selv-montering metall nanocubes (NCS) i en løsning og utilizing elektrostatisk interaksjon og foreningen av polymer ligander mellom norsk sokkel kan en godt organisert endimensjonal NC array med nano-skala hull oppnås 23. Nano-gap størrelse avhenger av polymer ligander mellom norsk og kan kontrolleres ved å bruke forskjellige polymermaterialer med forskjellig molekylvekt 24, 25, 26. Self-montering er en kraftfull teknikk for å oppnå skalerbare og kostnadseffektive nanostrukturer 23. Imidlertid er fremstillingsprosessen mer komplisert sammenlignet med konvensjonelle mikro- og nanofabrikasjonsprosesser, og kontroll av nano-spaltestørrelser er ikke nøyaktige nok for elektroniske enheten applikasjoner. For å kunne dikte nanopillar baserte SRRs, bør en ny fremstillingsmetode være oppfunnet for å oppnå følgende mål: i) fabrikasjon prosessen er enkel å bruke og er kompatibel med konvensjonenal mikro- og nanofabrikasjonsprosesser; ii) fabrikasjon over et stort område er aktuelt, iii) nano-gap størrelser kan enkelt og presist kontrollert med en 0,1 nm oppløsning og kan skaleres ned til 10 nm eller mindre.

En ny fremstillingsmetode demonstreres ved hjelp av en kombinasjon av et galvanisk prosess og et atomsjikt nedfall (ALD) prosess for å fabrikkere nanopillar baserte SRRs. Siden galvanisering er en selv fylle prosess med lave kostnader, er det lett å dikte strukturer over et stort område. ALD er en kjemisk dampavsetning (CVD) prosess som kan kontrolleres nøyaktig ved omsetning syklusen under prosessen. Oppløsningen av ALD tynn film kan være 0,1 nm, og den tynne film er jevnt belagt med en høy kvalitet, som er egnet til å skape nano-skala hull 27, 28. Nanopillar basert SRR matrise med 10 nm-hull eller mindre kan være vellykket fabrikkert over et område på 6 mm × 6 mm. begge erimulated og målte THz overføring spektra viser resonans atferd med ultra-høy Q-faktorer og store frekvens skift, noe som beviser gjennomførbarheten av de nanopillar baserte SRRs mediert av forskyvning strøm. Den detaljerte fremstillingsprosessen er beskrevet nedenfor i protokoll delen, og video protokollen kan hjelpe til å forstå utøvere fremstillingsprosessen og unngå vanlige feil i forbindelse med fabrikasjon av nanopillar baserte SRRs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forsiktig: Flere av de kjemikaliene som brukes i disse syntesene er giftig, meget brannfarlig og kan forårsake irritasjon og alvorlig organskade ved berøring eller inhalert. Bruk egnet personlig verneutstyr (PVU) ved håndtering.

1. Utarbeidelse av det første laget av gull (Au) Nanopillar Arrays (figur 2a-c og figur 2e-g)

  1. Utarbeidelse av kobber (Cu) Seed lag for Au galvanisering (figur 2a, b og figur 2e, f)
    1. Bruke en 4 "høy resistivitet silisium (Si) wafer. (Resistivitet: 560-840 Ω · cm) som substratet Si wafer er N-type dopet og polert på den ene side (figur 2a, e).
    2. Skjær Si wafer inn i 2 cm x 2,5 cm biter for senere bruk.
    3. Sette inn en 5 nm krom (Cr) lag på Si-prøve ved anvendelse av en elektronstråle (e-stråle) fordampning Fremgangsmåte som et klebesjikt mellom Si og Cu.
    4. Gjør et innskudd på 10 nm Cu lag på toppen av eksisterende Cr laget ved hjelp av enE-stråle-fordampning Fremgangsmåte frøet lag for Au elektroplettering (figur 2b, f).
  2. Electroplating Au nanopillar array (figur 2c, g)
    1. Mønstring av nanopillar matrisen
      1. Spin belegge fotoresist på prøven fremstilt i avsnitt 1.1 ved 2000 opm i 60 s.
      2. Bake prøven på en varm plate ved 115 ° C i 60 sek.
      3. Utsett fotoresist under ultrafiolett (UV) -lys (strøm av ~ 15 mW / cm 2) med en Cr fotomaske som inneholder tusenvis av nanopillar mønstre for 22 s.
      4. Utvikle med en utvikler i 90 s med omrøring.
      5. Skyll prøven med avionisert (DI) vann og føne prøven med en luftkanon.
    2. Electroplating Au nanopillar matrisen
      1. Fjern den øverste delen av fotoresist på prøven med aceton for å eksponere Cu frø lag for elektrodetilkobling.
      2. Koble samPLE (Cu frø lag) med den negative klemme av en kilde meter ved hjelp av en klemme og en ledning. I dette tilfellet, er prøven anoden under elektroprosessen.
      3. Koble et stykke av platina (Pt) belagt Si (samme størrelse som utvalget) til den positive polen av kilden meter. Pt er katoden under galvanisering prosessen.
      4. Senk både Pt katoden og Cu-anode i Au elektroplette løsning. Hold de to elektrodene mot hverandre med en avstand på ~ 1 cm.
      5. Slå på kilden meter og levere en konstant spenning på 1,12 V. Electro Au på prøven i 8 min (avsetningshastighet: ~ 100 nm / min).
      6. Skyll prøven med DI-vann, fulgt av aceton for å fjerne fotoresisten.
      7. Skyll prøven med DI vann igjen og føn med en luftkanon.
      8. Inspiser galvanisert Au nanopillar utvalg under et mikroskop.
      9. Måle tykkelsen av Au-nanopillars med et profilometer (Tykkelsen avAu nanopillars er ~ 800 nm).
        MERK: Konstant strøm set-up kan også brukes til å electro Au nanopillars. I både konstant spenning og konstant strøm oppsett, kan den ideelle strøm og spenning som brukes for Au elektroplettering bli oppnådd ved prøving og feiling.

2. Opprettelse av Nano-gap mellom Au Nanopillars (figur 2d, h)

  1. Fjerning av Cr og Cu lag
    1. Senk prøven i Cu etsemiddel til Cu fargen forsvinner.
    2. Skyll prøven med DI vann og føn med en luftkanon.
    3. Inspiser Au nanopillars under et mikroskop.
    4. Senk prøven i Cr maske etsemiddel i 10 s.
    5. Skyll prøven med DI vann og føn med en luftkanon.
    6. Inspiser Au nanopillars under et mikroskop.
  2. Fabrikasjon av nano-skala aluminiumoksid (Al 2 O 3) hull
    1. Varm ALD system chamBER til 200 ° C.
    2. Plasser prøven i midten av kammeret.
    3. Pump ned i kammeret til et vakuum og setter syklusen nummer til 100 (avsetningshastigheten: ~ 1 Å / syklus).
    4. Sekvensielt og alternativt puls trimetylaluminium (TMA) gass med en tidsperiode på 0,015 s og vann (H2O) damp med en tidsperiode på 0,015 s inn i kammeret for jevnt å avsette Al 2 O 3 lag på prøven. Tiden gap mellom hver puls er 5 s. Den kammertrykk i løpet av TMA puls er 10 torr, og at trykket under H2O damp puls er 2 torr.
    5. Rens og vakuum kammeret mellom hver syklus av deponering. Innskudd Al 2 O 3 for 100 sykluser og ta ut prøven fra kammeret.
    6. Måle tykkelsen av ALD Al 2 O 3 ved hjelp av en ellipsometer.

3. Fremstilling av det annet lag av en Au Thin Film (figur 2i-l og fig 2m-p)

  1. Utarbeidelse av Cu Seed lag for Au galvanisering (figur 2i, m)
    1. Plasser prøven i sentrum av en E-stråle fordamperen prøveholderen.
    2. Slå av rotasjon av prøven i den E-stråle-fordamper.
    3. Sette inn en 5 nm Cr lag på prøven for å fungere som et klebesjikt mellom Al 2 O 3 og Cu. Bruk en E-stråle fordampning prosessen uten prøve rotasjon.
    4. Innskudd 10 nm Cu på toppen av den eksisterende Cr lag ved hjelp av en E-stråle-fordampning prosessen uten å sample rotasjon som så-lag for Au elektroplettering.
  2. Electroplating Au tynn film (figur 2j, n)
    1. Koble prøven (Cu frø lag) med den negative klemme av kilden måleren ved hjelp av en klemme og en ledning. I dette tilfellet, er prøven anoden under elektroprosessen.
    2. Koble Pt katode til den positive klemme på kilden meter.
    3. Senk både Pt katode og Cu Anode i Au galvanisering løsningen. Hold de to elektrodene mot hverandre med en avstand på ~ 1 cm.
    4. Slå på kilden meter og sette opp konstant spenning på 1,35 V og electro Au på prøven for 16 min.
    5. Skyll prøven med DI vann og føn med en luftkanon.
    6. Inspiser galvanisert Au og tidligere galvanisert Au nanopillar utvalg under et mikroskop.
    7. Måle tykkelsen av Au-nanopillars med et profilometer (tykkelse av Au-nanopillars er ~ 400 nm).
      NB: I likhet med Au elektroplettering i avsnitt 1.2.2, kan konstant strøm set-up også brukes til å electro Au tynn film. I både konstant spenning og konstant strøm oppsett, kan den ideelle strøm og spenning som brukes for Au elektroplettering bli oppnådd ved prøving og feiling.
  3. Fjerning av Cr og Cu lag (Figur 2k, o)
    1. Senk prøven i Cu etsemiddel i 10 s.
    2. Skyll prøven med DI vann end føne med en luftkanon.
    3. Inspiser Au nanopillars under et mikroskop.
    4. Senk prøven i Cr maske etsemiddel i 10 s.
    5. Skyll prøven med DI vann og føn med en luftkanon.
    6. Inspiser Au nanopillars under et mikroskop.
      MERK: Alternativt kan senke prøven i Au elektroplette oppløsning igjen for å avsette et ekstra lag med Au på toppen av den andre elektroplettert Au lag etter fjerning av Cr og Cu (trinn 3.3). Denne ekstra Au lag øker den totale tykkelsen av det andre lag Au og sikrer god kontakt mellom Au sjiktet og Al 2 O 3 lag (fig 2i, s).

4. Definisjon av C-form SRR (figur 2q-s og fig 2u-w)

  1. Mønstring av C-formen SRR (figur 2q, u)
    1. Spinn belegge en fotoresist på prøven ved 2000 opm i 60 s.
    2. Bake prøven på varmeplaten på 115 ° C i 60 sek.
      3. 2) med en Cr fotomaske for 22 s.
    3. Utvikle med en utvikler i 90 s med omrøring.
    4. Skyll prøven med DI vann og føne prøven med en luftkanon.
  2. C-form definisjon hjelp ion mill (figur 2R, V og Figur 2s, w)
    1. Fest prøven på et ion mill prøveholderen ved hjelp av dobbeltsidig Cu ledende tape.
    2. Kjøle ned ion mølle kammeret til 6 ° C.
    3. Ion mølle prøven med en strålespenning på 300 V og en strålestrøm på 125 mA i ~ 30 min.
    4. Ta ut prøven og inspisere Au nanopillars utenfor C-form.
    5. Gjenta trinn 4.2.3 og 4.2.4 om Au er fortsatt synlig utenfor C-form.
    6. Sonikere prøven i aceton for å fjerne fotoresisten.
    7. Skyll prøven med DI vann og føn med en luftkanon.
    8. Inspisere prøven under et mikroskop.
    9. Gjenta trinn 4.2.6 og 4.2.7 hvis fotoresist er ikke helt fjernet.
      MERK: Du kan også bruke oksygen motstå oppmykning skritt til fotoresist før fjerning av fotoresist. Imidlertid er en ultralyd bad den mest effektive metoden for å fjerne fotoresist hvis aktuelt.

5. Fjerning av Al 2 O 3 for Air Nano-hull (figur 2t, x)

  1. Senke prøven i 5% hydrogenfluorid (HF) oppløsningen i 5 minutter for å fjerne Al 2 O 3.
  2. Skyll prøven med DI vann og føn med en luftkanon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fabrikasjon ordninger viser hvert trinn (figur 2a-x). Optiske bilder (figur 2y-ac) og scanning elektronmikroskop (SEM) bilder (figur 2AD-AG) ble samlet for nanopillar baserte SRRs på forskjellige fremstillingstrinn. Animasjoner (figur 2a-c) illustrerer det første laget av elektroplett Au nanopillars og det andre laget av galvanisert Au filmer så vel som nano-gap som er opprettet mellom dem. Figur 2d viser tverrsnitt ordningen med nanopillar basert SRRs med både Al 2 O 3 nano-hull og luft nano-hull. SEM bilder ble samlet for nanopillar baserte SRR matrise og nano-skala gap mellom Au nanopillars (Figur 2AF, 2AG, 3e-h). Både simulert og målt overføring spektra av prøvene med Al 2 O 3 nano-hull og luft nano-hullene ble vist (figur 3i-l).

jove_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figur 1
Figur 1: illustrasjon av nanopillar baserte SRRs mediert av forskyvningsstrøm. (A, b) av stempelstrøm (I d) induseres mellom to metallplater og to nanopillars av elektriske felt E. (C) Skjematisk av nanopillar baserte SRRs definert av tusenvis av Au nanopillars (H: høyden på nanopillar, A: vendt området; d: nano-gap størrelse L: bredde nanopillar og ε: permittiviteten i nano-hull) . (D) Q-faktor på tynnfilmbaserte SRR og nanopillar baserte SRR. En Q-faktor på omkring 450 kan oppnås med en nanopillar basert SRR med en nano-gap størrelse på 10 nm. Figuren er tilpasset med tillatelse fra avansert optisk Materials 12.ig1large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: Fabrikasjon ordninger av nanopillar basert SRRs. (A - t) 3D animasjon og tverrsnitt skjematisk av fabrikasjon prosessen nanopillar basert SRRs. (Y - ac) Optiske bilder av nanopillar basert SRRs på ulike trinn. (Ad - ag) SEM bilder av nanopillar basert SRRs på ulike trinn, samt en 5 nm Al 2 O 3 hull (ag). Figuren er tilpasset med tillatelse fra avansert optisk Materials 12. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.


Figur 3: karakterisering av nanopillar basert SRRs. (A - d) Fabrikasjon ordninger av nanopillar basert SRRs. (E - h) SEM bilder av nanopillar basert SRRs. (I) Simulert overføring spektra av Al 2 O 3 nano-gap nanopillar baserte SRRs. (J) Målt overføring spektra av Al 2 O 3 nano-gap nanopillar baserte SRRs. (K) Simulert overføring spektra av luft nano-gap nanopillar baserte SRRs. (L) Målt overføring spektra av luft nano-gap nanopillar baserte SRRs. Figuren er tilpasset med tillatelse fra avansert optisk Materials 12. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. </ A>

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne fremstillingsteknikk har betydelige fordeler for oppretting av nano-skala strukturer i forhold til eksisterende metoder slik som E-stråle-litografi og selvbygging. For det første kan nano-skala strukturer bli realisert over et stort område (en hel skive) ved hjelp av en fotomaske som har nanopillar matriser, som ikke er praktisk med en E-stråle-litografi prosess. For det andre bruker fremstillingsprosessen en tradisjonell wafer skala mikrofremstillingsprosessen, noe som er mye raskere, enklere og billigere sammenlignet med E-stråle-litografi. For det tredje kan de atomskala nano-hull lett bli skapt av en ALD prosess med nøyaktig kontrollerte funksjonen størrelser.

Cr og Cu E-stråle inndampninger uten prøve rotasjon tillate Cr og Cu avsetning direkte på substratet med minimal sidevegg avsetning. Dette er viktig for den følgende prosess Au elektroplettering på grunn av Au bare kan elektropletteres på Cu frø lag som er forbundet med kilden meter. Siden Cu lags på toppen av Au nanopillars kobles med Cu-lag på substratet, kan Au ikke kan elektropletteres på substratet. Kvaliteten og tykkelsen av galvanisert Au avhenge av den elektro spenning / strøm, og galvanisering tid. Høyere spenning / strøm fører til en høy avsetningshastighet. Imidlertid kan høy spenning / strøm også resultere i lav kvalitet Au deponering. Galvanisert Au med lav kvalitet har en lavere elektrisk ledningsevne sammenlignet med standard Au materiale, så vel som mange hulrom i Au, noe som reduserer intensiteten av den forskyvningsstrøm som sirkulerer SRR, som fører til en svak resonant oppførsel og en lavere størrelse av resonanstoppene . Derfor er en egnet spenning / strøm viktig for å oppnå høy kvalitet AU nanopillars. Electroplating tid og spenning / strøm bør også kontrolleres nøyaktig for å sikre at tykkelsen av Au tynn film (det andre laget av Au) er mindre enn den for Au nanopillars (den første lag av Au).

2O 3 lag på både Si-substratet og sideveggene til Au nanopillars. Avsetningshastigheten og kvaliteten av Al 2 O 3 avsettes ved hjelp av ALD avhenger av reaksjonstemperaturen inne i kammeret. En reaksjonstemperatur på over 200 ° C anbefales for å oppnå høy kvalitet Al 2 O 3 filmer. Syklusen tall og temperatur kan kontrolleres nøyaktig for å oppnå Al 2 O 3 lag med ønsket tykkelse. Størrelsen av nano-hullene (figur 3h) er kritisk for å oppnå høy Q-faktorer for de nanopillar baserte SRRs. En økning av nano-størrelse gap øker energilagrings inne i nano hullene, noe som fører til en høy Q-faktor. Men størrelsen av nano-hull kan ikke økes uten begrensning. Når nano-spaltestørrelser overstiger ca. 50 nm, synker forskyvningsstrøm mellom Au nanopillars dramatisk, og er ute av stand til å passere gjennom de nano-hull, som fører til forsvinningen av resonans responser. I tillegg, hvis størrelsen på Al 2 O 3 nano-hull er mindre enn 2 nm, galvanisering spenning for Au avsetning kan sammenbrudd den dielektriske barriere (Al 2 O 3 nano-hull), noe som resulterer i overledning mellom Au nanopillars og Au galvanisering løsning, noe som fører til en andre Au lag elektropletteres på toppen av Au nanopillars (en første gullag). Denne grensen fører til problemer med å oppnå ultra-tynn Al 2 O 3 hull uten å bryte dielektriske barriere mellom Au nanopillars.

En elementmetode (FEM) ble anvendt for å simulere de SRRs (figur 3i og 3k). Tre resonanstopper i overføringen spektra er kjent som den første (1 st) -modus, andre modus (2.) og tredje (3.) modusen til SRR. Sendingen spektra av nanopillar baserte SRRs med 10 nm Al 3 hull og 10 nm luftspalter ble målt ved hjelp av en THz tidsdomenespektroskopi (figur 3j og 3l). All den målte overføring spektra matche de simulerte data, noe som beviser at de fabrikkerte nanopillar baserte SRRs møte den forventede design.

Kombinasjonen av kontinuerlige metall tynne filmer og dielektriske nano-skala hull gir strukturer for mer energilagring sammenlignet med tradisjonelle filmbaserte SRRs, noe som resulterer i ultra-høye Q-faktorer på rundt 450 (mer enn 45 ganger høyere enn Q-faktor av de tradisjonelle tynn-film-baserte SRRs) og store frekvensforskyvninger (rundt 17 ganger større enn den frekvensforskyvning av tynn-film-baserte SRRs). Den unike fremstillingsteknikk vist i denne video journal kan for fabrikasjon av tusener av nanopillar danner SRRs over et stort område. Siden dannelsen av Au nanopillars øker i stor grad de overflatearealer til SRRs og antall nano-skala hull betlom Au nanopillars forbedrer mengden av energilagrings (elektriske ladninger), ultra-høy Q-faktorer kan oppnås som fører til en høy følsomhet. I tillegg er midler som er påført nanopillar baserte SRRs presentert på innsiden av nano-hullene bidra til permittiviteten endringer av nano-hull, noe som resulterer i store frekvensforskyvninger i de nanopillar baserte SRRs, noe som fører til en høy selektivitet. Dermed nanopillar baserte SRRs fabrikkert ved hjelp av Au galvanisering og ALD teknikker er ideell for svært akutt kjemisk og biomolekylære sensing enheter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noe å avsløre.

Acknowledgments

Dette materialet er basert på arbeid støttet av en oppstartsfond ved University of Minnesota, Twin Cities. Deler av dette arbeidet ble utført i Karakterisering Facility, University of Minnesota, et medlem av NSF-finansierte Materials Research lokale Network (www.mrfn.org) via MRSEC programmet. En del av dette arbeidet ble også utført i Minnesota Nano Center som mottar delvis støtte fra NSF gjennom NNCI programmet.

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

Engineering metamaterials terahertz delt ring resonatorer fortrengning strøm nanopillar kvalitetsfaktor nano gap
Fabrikasjon av Nanopillar-baserte Split Ring resonatorer for Displacement Nåværende mediert Resonans i terahertz Metamaterials
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