Nanoskiving tarafından Nanogaps imalatı

Bu prosedürün genel amacı, nano tıraşlama (nanos skiving) yöntemiyle yüksek en-boy oranlı nano boşluklu elektrotlar üretmektir. Bu işlem, öncelikle bir silikon gofret üzerine ince bir altın film çöktürülerek ve bu filmin bir epoksi substrata aktarılmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım, metal film üzerinde Alkan tiyollerden oluşan bir kendi kendine düzenlenmiş tek tabaka oluşturmaktır.

Ardından, ikinci bir altın film tabakası kaplanır. Bu tabaka, birinciye göre kaydırılmıştır. Son adım, yapının ultra mikrotom ile ince dilimler halinde kesilmesidir.

Bu tekniğin fotoğraflama veya mili-fotoğraflama gibi mevcut yöntemlere göre temel avantajı, binlerce nano aralıklı elektrodun talep üzerine altmetre çözünürlükte üretilebilmesi ve bir temiz oda veya herhangi bir geleneksel fotolitografik işlem kullanmadan herhangi bir rastgele alt tabaka üzerine yerleştirilebilmesidir. Nano aralıkların şekli ve en-boy oranı, kontak yollarının belirlenmesi gibi herhangi bir ara üretim adımı olmaksızın, bir probasyonla doğrudan adreslenmelerine olanak tanır. Bir yapının üretimine başlamak için, teknik sınıfta üç inçlik bir silikon gofret ile başlayın.

30 saniye boyunca hava plazma temizleyicide işleme tabi tutun. Ardından, bir saat boyunca perflorlanmış sinüs buharına maruz bırakın; maruz kalma işleminden sonra, ön işlem görmüş gofret üzerine bir altın tabakası buharlaştırmak için istenen tel uzunluğuna uygun bir Teflon maske kullanın. Bu deneyde buharlaştırılan tabakanın yüz nanometrelik kalınlığı telin genişliğini belirler; buharlaştırma tamamlandığında, gofretin tamamını yaklaşık 8,5 mililitre epoksi ön polimer ile kaplayın.

Wafer'ı ve epoksiyi, kürlenmesi için 60 °C'deki bir fırına üç saatliğine yerleştirin; kürleme işlemi tamamlanıp numune oda sıcaklığına geldiğinde, bir jilet ucunu silikon wafer ile epoksi arasındaki ara yüze yerleştirin. Altın tabakası epoksiye yapışık kalacak şekilde, epoksi katmanını silikon wafer'dan nazikçe soyun. Beş nanometrenin altındaki boşluklar elde edebilmek için silikon wafer'ı kırmamaya dikkat edin.

İstenen boşluk genişliği için uygun bir alkan diol seçin. Etanol içerisinde bir milimolar konsantrasyonda alkan YL çözeltisi hazırlayın. Epoksi üzerindeki altını bu öz-düzenleyen tek tabaka çözeltisine daldırın.

Kabı, nitrojen ile temizlenmiş kapalı bir hazneye yerleştirin. Bir gece boyunca bekletin. En az sekiz saat sonra, kabı kapalı hazneden çıkarın ve altın epoksi substratı kendi kendine düzenlenen tek tabaka çözeltisinden alın.

Etanol ile durulayın ve nitrojen ile kurutun. Ardından 60 °C'de iki dakika boyunca kurutun. Daha uzun kurutma süreleri SAM tabakasına zarar verebilir.

Kurutma işleminden sonra, Teflon maskeyi altı altın yapıların daha kısa olan makroskobik boyutunun yaklaşık %80'i kadar yanal bir kayma ile epoksi substrat üzerine geri yerleştirin ve bu deneyde maske aracılığıyla ikinci bir altın tabakası buharlaştırın. İkinci tabaka kalınlığı, ilk tabaka ile aynıdır, 100 nanometre. Buharlaştırma tamamlandığında Teflon maskeyi çıkarın.

Özelliklerin çizilmemesine dikkat ederek, tüm substratı 8.5 milliliters epoxy pre polimer ile kaplayın. Kürlenmesi için 60 degree Celsius sıcaklıktaki fırında üç saat bekletin.

Numune kürlendikten ve soğuduktan sonra, kuyumcu testeresi kullanarak özellikleri 4 mm x 10 mm'lik parçalar halinde kesin. Her bir parçayı polietilen tabut mikrotom kalıbındaki ayrı bir kuyuya yerleştirin. Ardından, kalıbı epoksi ön polimer ile doldurun.

Son olarak, gece boyunca kürlenmesi için 60 °C'lik bir fırına yerleştirin. Bir örneği kesmek için, bloğu polietilen kalıptan çıkarın ve örneği numune tutucuya monte edin. Numune tutucuyu düzeltme aparatına takın ve ultra mikrotoma yerleştirin.

Ardından, bir jilet ucunu etanol ile temizleyin. Metal parçacıklarının bulunmadığından emin olmak için jilet ucunu bir stereoskop altında inceleyin. Bloğu elmas bıçağın genişliğine getirmek için jileti kullanarak düzeltme yapın.

Yamuk şeklinde, ultra mikrotomu bir cam bıçakla donatın. Bıçak, blok yüzeyinin alt kenarına paralel olarak hizalanmalıdır. Bloğun üst yüzeyinde düzgün bir yüzey oluşturmak için ön kesme işlemine başlayın.

Metalik bir yapı oluşturma işlemi tamamlandığında, cam bıçağı elmas bıçakla değiştirin. Elmas bıçağı, bloğun alt yüzeyine paralel olacak şekilde yeniden hizalayın. Bu videoda, blok saniyede bir milimetre hızla 100 nanometre kalınlığında dilimlenmektedir.

Bu kesitlerin kalınlığı renk referans tabloları kullanılarak doğrulanabilir. Eğer elektriksel ölçümler yapılacaksa, bıçak haznesindeki suyun altına bir silikon dioksit altlık yerleştirin. Yapıları içeren epoksi kesitleri suyun yüzeyinden toplamak için altlığı yavaşça yukarı kaldırın.

Kesitlerin alt tabakaya yapışmasını artırmak için, kesitleri 60 °C'de üç saat boyunca kurutun. Elektriksel ölçümler, temizlenmiş ve kurutulmuş epoksi kesitlerin bir ışık mikroskobu altına yerleştirilmesiyle başlar; gömülü metalik yapılar ya siyah bir çizgi şeklinde ya da doğrudan görünür olacaktır. Daha kalın altın yapıların durumunda, tellerin iki ucuna gümüş pasta damlatılarak kontaklar sağlanır.

Burada gösterilen her bölümde, her biri farklı bir alkolle hazırlanan üç farklı nano boşluk yapısının taramalı elektron mikroskop görüntüleri yer almaktadır. Bu görüntüler, oksijen plazması ile küllendirme işleminden sonra alınmıştır. Yukarıdan aşağıya doğru organikler; sırasıyla 12 DECANE OL, 14 tetra decane OL ve 16 HEXA decane OL kullanılarak üretilen boşluklardır.

Moleküllerin uzunluğu arttıkça boşluklar nitel olarak büyümektedir. Tüm boşluklar, cihazın dört nanometrelik çözünürlük sınırının altındadır. Boşluk boyutunun artışına ilişkin nicel destek, bu grafikteki her bir yapı için log akım yoğunluğu ile voltaj ölçümünde görülmektedir; siyah kareler, tek bir 12 do DECANE HY cihazına ait verileri temsil etmektedir.

Kırmızı üçgenler tekil 14 tetra decade HY cihazlarını, mavi daireler ise tekil 16 HEXA decade AL cihazlarını temsil etmektedir. İç çizim, gap oluşturmak için kullanılan AL molekülünün uzunluğuna karşı 500 millivolt'taki akım yoğunluğunun logaritmasını göstermektedir. İyi doğrusal uyum, moleküler uzunluğun artışıyla akımın eksponansiyel olarak azalacağı beklentisini desteklemektedir ve eğim, alkanlar üzerinden tünellemeye yönelik diğer ölçümlerle tutarlıdır.

Bu videoyu izledikten sonra, nano skying yöntemini kullanarak farklı boşluk boyutlarına sahip nano boşluklu elektrotların nasıl üretileceği konusunda iyi bir anlayış kazanmış olmalısınız.