Cette recherche a été effectuée à la Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), qui est exploité par Battelle Memorial Institute pour le Department of Energy (DOE) sous le contrat no. DE-AC05-76RL01830. Les auteurs gratitude le soutien accordé par le U.S. Department of State, par le biais de la clé de vérification actifs (fonds V) sous SIAA15AVCVPO10 d’accord interinstitutions.

1. préparation de matériel <ol><li>placer plusieurs plaquettes de silicium de 2 po dans un support de quartz pour le nettoyage et charger les wafers de silicium dans le plasma, système de gravure. La pompe de la chambre à vide vers le bas jusqu'à ce qu’elle atteigne au moins 75 mTorr. Cela peut prendre quelques minutes.</li>
	<li>Commencer le débit de gaz 2 (30 sccm) O et la pression se stabilise. Régler l’heure d’etch à 15 min. Une fois la pression stabilisée initier plasma radiofréquence (RF) 13,56 MHz 250 W. 
	Remarque : Cette étape nettoie les plaquettes de silicium de tout organique contamine et functionalizes la surface avec hydroxylés (-OH) fractions assurant ainsi une surface hydrophile.</li>
	<li>Alors que l’attente pour le nettoyage de plasma étape pour finir, enlevez le nanosphères achetés dans le commerce de polystyrène (170 nm de diamètre, 10 % de solides, dodécylsulfate de sodium 0,5 %) du réfrigérateur (4 ° C). Laissez le récipient se réchauffer à température ambiante.</li>
	<li>Brièvement vortex (1 min) et laisser agir (35 kHz, 1 min), le polystyrène nanosphères pour minimiser l’agglomération nanosphere.</li>
	<li>Dans un flacon de verre propre, 1,0 ml des nanosphères polystyrène de 170 nm et ajouter 1,0 mL d’H 2 O pour obtenir une suspension colloïdale de 5 % d’extrait sec.</li>
	<li>Après 15 min, arrêter le flux d’O 2, aérer la chambre à vide et retirer les gaufres fraîchement nettoyés.</li>
</ol> 2. Enduction centrifuge de polystyrène nanosphères modèle <ol><li>gaufrettes de décharger le silicium purifié de l’aquafortiste plasma. Puis monter une plaquette de 2 po sur le spin-coater. Faire en sorte qu’il soit bien centré et que le joint torique est exempt de débris. Initier le vide et faire en sorte que la plaquette est fixée solidement à la scène.</li>
	<li>Définir les paramètres de spin de l’essorage-coater. Ces paramètres varient selon la taille de nanosphere. Pour une solution de 5 % 170 nm nanosphères, la valeur du spin coater-un processus de le 1 étape avec un temps de rotation de 1 min, une vitesse de 3 000 tr/min et une accélération de 2 000 tr/min/s.</li>
	<li>à l’aide d’une seringue jetable, retirer ~ 1 mL de suspension colloïdale dans le flacon. Mettre de côté le flacon. Prenez une filtre de seringue 5 µm et placez-le à l’extrémité de la seringue. Appuyer sur la seringue jusqu'à ce qu’une goutte de suspension efface la pointe. Le filtre élimine les agrégats indésirables et particules qui peut réduire considérablement le film qualité.</li>
	<li>Dépôt assez suspension directement sur le centre de la plaquette telle qu’environ 2/3 de la surface est couverte. Essayez de réduire au minimum les bulles car ceux qui peuvent avoir un impact qualité du film. Fermez le couvercle d’essorage-coater et appuyez sur Start. Au cours de ce processus, il peut être possible de voir les effets d’interférence de film mince sur la surface de la plaquette comme les nanosphères s’auto-assembler. Cela variera selon le diamètre de nanosphere.</li>
	<li>Enlever la plaquette spin-enduit après désactivation du vide. Essuyer le bol et le couvercle de la spin-coater pour enlever l’excès nanosphères.</li>
</ol> 3. Évaluation de la qualité et la préparation pour la gravure du film <ol><li>évaluer visuellement la qualité du film auto-assemblés en recherchant des défauts visibles tels que des stries ou des trous qui peuvent avoir été causés par les particules au cours du processus de l’enduction centrifuge.</li>
	<li>Évaluation de la qualité de film en plaçant la gaufrette au microscope optique. Joints de grain et quelques défauts sont normaux. Si la plaquette a grandes surfaces non revêtus ou multicouches évidentes, il est nécessaire d’ajuster les paramètres de rotation pour obtenir un film plus uniform. Microscopie électronique peut également être utilisée pour évaluer la qualité du film.</li>
	<li>Allumez la source de lumière au microscope et mise au point sur la surface de la plaquette de silicium à l’aide d’un objectif 20 X. Évaluation de la qualité à plusieurs endroits dans l’ensemble de la plaquette pour assurer l’uniformité.</li>
	<li>La qualité finale du film vérifier consiste à utiliser la microscopie électronique à balayage (SEM) pour visualiser la nanosphere auto-assemblage à l’échelle nanométrique. Il est possible d’évaluer le degré de multicouches, les trous et défauts/limites de grain à travers de petites portions de la gaufrette relativement rapidement en utilisant cette technique.</li>
	<li>Une fois qu’un film suffisant a été obtenu, placer la plaquette dans un four (107 ° C) pendant 2 min de recuire le nanosphères auto-assemblés. Cela permet d’encourager l’adhésion au substrat et donne une meilleure surface de nanopatterned après l’attaque.</li>
</ol> 4. Eau-forte, dépôts de métaux et caractérisation optique <ol><li>charger la plaquette recuite dans le graveur de plasma et d’amorcer le processus de pompage.</li>
	<li>Une fois que la chambre à vide atteint au moins 75 mTorr, commencer le débit de gaz 2 (20 sccm) O et attendre que la pression se stabilise. Initier le plasma RF (75 W) pour 165 s.</li>
	<li>Une fois le cycle de plasma RF terminée, arrêter le flux d’O 2 et aérer la chambre de.</li>
	<li>Le substrat est maintenant dépôt métallique gravé et prêt à être. Transport de l’échantillon à une coucheuse par pulvérisation cathodique et déposez une fine (20 nm) couche d’or. Variant les angles de dépôts peut-être servir à modifier les propriétés optiques de la nanocups. Dans ce cas, metallisation incidence normale sur le substrat a été effectuée.</li>
	<li>Après le dépôt métallique, le substrat peut être caractérisé en utilisant la spectroscopie optique. Concentrer le microspectrophotomètre sur la surface du substrat métallisé et mesurer les spectres de réflectance. Pour 170 nm gravé nanosphere tableaux, le LSPR était à 615 nm.</li>
	<li>Using autocollant adhésif, placez délicatement le film en contact avec le substrat. Il peut être nécessaire d’enlever les bulles d’air forment à l’interface à l’aide d’une pince à épiler.</li>
	<li>Une fois que le ruban est en contact avec le substrat, la bande peut être immédiatement épluchée au loin pour enlever le nanocups de la surface du substrat. Peel en arrière doucement le ruban et le résultat est un film souple et conforme d’or nanocups.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Fang, Y., Sun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoplasmonic+waveguides:+towards+applications+in+integrated+nanophotonic+circuits.">Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits.</a> Light Sci Appl. 4, e294 (2015).</li><li>Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+shell+isolated+and+graphene+shell+isolated+nanoparticle+enhanced+Raman+spectroscopies+and+their+applications.">Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications.</a> Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).</li><li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+Area+Plasmonic+Color+Palettes+with+Expanded+Gamut+Using+Colloidal+Self-Assembly.">Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly.</a> ACS Photonics. , (2016).</li><li>Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-beam+lithography+of+plasmonic+nanorod+arrays+for+multilayered+optical+storage.">Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage.</a> Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).</li><li>Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Functionalization+of+Periodically+Aligned+Metallic+Nanocup+Arrays+Using+Colloidal+Lithography+with+a+Sinusoidally+Wrinkled+Substrate.">Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate.</a> Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).</li><li>Wang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symmetry+breaking+in+individual+plasmonic+nanoparticles.">Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).</li><li>Wollet, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmon+hybridization+in+stacked+metallic+nanocups.">Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups.</a> Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).</li><li>Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Color+Rendering+Plasmonic+Aluminum+Substrates+with+Angular+Symmetry+Breaking.">Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking.</a> ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).</li><li>King, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Angle-+and+Spectral-Dependent+Light+Scattering+from+Plasmonic+Nanocups.">Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups.</a> ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).</li><li>Mirin, N. A., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-Bending+Nanoparticles.">Light-Bending Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).</li><li>Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+antenna+enhanced+spontaneous+emission.">Optical antenna enhanced spontaneous emission.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).</li><li>Bora, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+black+metals+in+resonant+nanocavities.">Plasmonic black metals in resonant nanocavities.</a> Applied Physics Letters. 102 (25), 251105 (2013).</li><li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Nanosecond+Photoluminescence+from+Infrared+PbS+Quantum+Dots+Coupled+to+Plasmonic+Nanoantennas.">Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas.</a> ACS Photonics. , (2016).</li></ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Ce protocole montre une technique efficace et peu coûteuse pour la fabrication de tableaux périodiques de plasmoniques nanocups or. Cette technique est particulièrement intéressante car elle évite la série descendante processus tels que la lithographie par faisceau d’électrons ou faisceau ionique focalisé de fraisage. La technique présentée indique que peut être self-assembled nanosphères de polymères commercialement disponibles d’une manière simple de servir comme un modèle de taille nanométrique pour un traitement ultérieur.
Modifications et dépannage :
Si la qualité du film est mauvaise, il peut être nécessaire préfiltrer la solution nanosphere. Ici, nous avons utilisé un filtre de seringue 5 µm, mais il peut être avantageux d’utiliser des filtres de seringue à 0,22 µm, selon le diamètre de nanosphere. Le processus de gravure peut être réglé pour obtenir la réponse optique désirée. La qualité de l’etch doit être évaluée en utilisant SEM afin d’assurer des nanosphères de polymères non-toucher et espacés régulièrement. Une fois que les paramètres d’etch ont été établies pour un système particulier, il est possible de façon reproductible fabriquer plusieurs plaquettes dans un lot avec la résonance de plasmon similaires. Evaporateur à angles variables syntonisera des propriétés optiques anisotrope de la nanocup.
Étapes essentielles :
Les nanosphères doivent être correctement stockés et manipulés pour réaliser des films de haute qualité. Permettre la nanosphères se réchauffer à température ambiante et brièvement vortex suivie par sonication pour aider à assurer des nanosphères monodispersés. Le substrat de silicium doit être plasma nettoyé et utilisé immédiatement afin d’assurer une surface fortement hydrophile. Enfin, le film auto-assemblés fois Inspectez par oeil, ainsi que par l’intermédiaire de la microscopie optique. Minimes défauts doivent être observés, dans le cas contraire, il sera nécessaire d’ajuster les conditions de l’essorage.
Limites :
Il s’agit d’une technique hautement évolutive, mais elle a plusieurs limites qui doivent être gardées à l’esprit. Le processus d’auto-assemblage sont excellent dans la production de grands tableaux de nanosphères, mais il est difficile de fabriquer des nanostructures avec anisotropie en trois dimensions. Nanostructures complexes sont mieux fabriqués par lithographie à faisceau d’électrons ou par faisceau ionique focalisé de fraisage. Ces nanostructures, cependant, n’évoluent pas bien et sont extrêmement coûteux à fabriquer.
Dans l’ensemble, ce protocole montre comment fabriquer des films de nanoplasmonic. Nanoplasmonic films ont une variété d’applications dans des domaines comme les matériaux optiques non linéaires7, photovoltaïque12et électroluminescentes diodes13.

L’émergence de la plasmonique parallèlement à l’amélioration de nanofabrication et de techniques de synthèse ont abouti à une grande variété de technologies passionnantes telles que subsidiaire diffraction limitée circuity améliorées de détection chimique etde télédétection optique 1 ,2,3. Dans ce protocole, nous démontrons une technique évolutive et relativement peu coûteuse capable de fabriquer des substrats plasmoniques nanopatterned à l’aide des nanosphères de polymères commercialement disponibles et une étape de gravure suivi par dépôt métallique. Contrairement aux autres techniques de fabrication nanopatterned substrats, tels que les électrons de lithographie par faisceau4, cette technique peut rapidement et efficacement être dimensionnée à plaquettes de 300 mm et au-delà avec un minimum d’effort et utilise un transfert étape pour produire flexible et projection de films5.
Depuis l’époque romaine, nous savons que certains métaux comme l’or et l’argent peut avoir des propriétés optiques brillantes lorsqu’ils sont finement divisés. Aujourd'hui, nous comprenons que ces particules métalliques présentent un effet appelé la « résonance plasmonique de surface localisés » (LSPR) lorsque leurs dimensions s’approchent de l’échelle nanométrique. LSPR est analogue à une onde stationnaire dans lequel les électrons faiblement liés trouvés dans le métal oscillent cohérente lors de certaines fréquences s’illumine les particules métalliques. Nanostructures anisotropes sont particulièrement intéressants car les résonances optiques uniques peuvent émerger à la suite de symétrie6,7,8.
L’éclairage des structures écoquillés (nanocup) avec la lumière peut exciter dipôle électrique ou les modes de plasmon dipôle magnétique, selon des facteurs tels que l’angle de la déposition du métal, l’orientation du substrat en ce qui concerne la lumière incidente et le polarisation de la lumière incidente9. Nanocups ont souvent été considérée comme analogues à trois dimensions cercle résonateurs, dans laquelle la fréquence de résonance peut comme un oscillateur LC10,11. La fréquence de résonance pour la taille des nanosphères polymère utilisé ici (170 nm), la quantité d’or déposé (20 nm), et les taux d’etch produisent des fréquences de résonance s’étendant sur le visible et proche IR
Les propriétés optiques de la nanocups d’or peuvent être mesurées en transmission ou en réflexion, selon le substrat utilisé pour l’enduction centrifuge. Dans le protocole présenté, nous avons choisi d’utiliser des plaquettes de silicium de 2 po comme substrat et effectuer des mesures de réflectance après dépôt métallique. Les mesures ont été effectuées à l’aide d’un microscope couplé à un spectromètre dispersif avec une source lumineuse halogène. Nous avons également eu le succès avec l’aide de substrats de verre, ce qui permet pour les mesures de transmission et de réflexion qui suit immédiatement le dépôt métallique. En outre, cette technique peut facilement évoluer et n’est pas limitée à plaquettes de 2 po. En raison de la disponibilité commerciale des nanosphères de polymère monodispersé de haute qualité, il est simple de régler les propriétés optiques de ces structures en commençant simplement par nanosphères de différente taille.
Dans ce protocole, une technique pour fabriquer anisotrope or écoquillés (ou nanocup), les nanostructures à l’aide d’une méthode appelée Lithographie colloïdale est démontrée. Lithographie colloïdale utilise auto-assemblage de hautement monodisperses nanosphere polymérique pour modèle rapidement un substrat qui peut être transformé en un substrat plasmonique après pulvérisation enduit d’une fine couche d’or. De même, il est possible de régler l’anisotropie du substrat en inclinant le substrat de l’échantillon au cours de l’evaporateur. Les structures qui en résultent sont sensibles à la polarisation à cause de l’anisotropie de la nanostructure formée. Ici, nous démontrons un particulier affaire et effectuer la caractérisation optique et décollage pour les structures de transfert d’un film transparent et flexible.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="762">
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:204px;">Polystyrene microspheres</td>
			<td style="width:152px;">Bangs Laboratories, Inc.</td>
			<td style="width:209px;">PS02N</td>
			<td style="width:197px;">170 nm &#8211; 580 nm diameter</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:204px;">Silicon wafers</td>
			<td style="width:152px;">El-CAT, Inc.</td>
			<td style="width:209px;">3489</td>
			<td style="width:197px;">300 mm thick, one side polished [100]</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Adhesive tape</td>
			<td style="width:152px;">3M</td>
			<td style="width:209px;">Scotch 600</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Spin coater</td>
			<td style="width:152px;">Laurell</td>
			<td style="width:209px;">WS-650-23B</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Plasma etcher</td>
			<td style="width:152px;">Nordson March&#160;</td>
			<td style="width:209px;">AP-600</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Microspectrophotometer</td>
			<td style="width:152px;">CRAIC</td>
			<td style="width:209px;">380-PV</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Sonicator</td>
			<td style="width:152px;">VWR</td>
			<td style="width:209px;">97043-932</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Scintillation vials</td>
			<td style="width:152px;">Wheaton</td>
			<td style="width:209px;">986734</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">5 um syringe filter</td>
			<td>Millex</td>
			<td>SLSV025LS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Oxygen gas</td>
			<td>Oxarc</td>
			<td>PO249&#160;</td>
			<td>Industrial Grade 99.5% purity</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Vaccum pump</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>Edwards 28</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;">Disposable syringes</td>
			<td>Air Tite Products Co.</td>
			<td>14-817-25</td>
			<td>1 mL capacity</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Water</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>W4502</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography

Au sein de ces dernières années, le domaine de la plasmonique a explosé que les chercheurs ont démontré passionnantes applications liées au chimiques et optiques de détection en combinaison avec les nouvelles techniques de nanofabrication. Un plasmon est un quantum d’oscillation de densité de charge qui donne l’échelle nanométrique métaux comme l’or et l’argentée des propriétés optiques uniques. En particulier, les nanoparticules d’or et d’argent pièce oscillations de densité de charge de résonances-collectif plasmon de surface localisées sur la surface de la NANOPARTICULE-dans le spectre visible. Ici, nous nous concentrons sur la fabrication de tableaux périodiques de nanostructures plasmoniques anisotrope. Ces structures écoquillés (ou nanocup) peuvent exposer un supplémentaire unique lumière-flexion et dépendant de la polarisation des propriétés optiques qui nanostructures isotrope simple ne peut pas. Les chercheurs sont intéressés par la fabrication de tableaux périodiques de nanocups pour une grande variété d’applications telles que des appareils optiques peu coûteux, Raman exaltée de surface de diffusion et de sabotage indication. Nous présentons une technique évolutive basée sur une lithographie colloïdale dans laquelle il est possible de fabriquer facilement des grands tableaux périodiques de nanocups à l’aide d’enduction centrifuge et self-assembled nanosphères de polymères commercialement disponible. Microscopie et spectroscopie optique du visible au proche infrarouge (proche infrarouge) a été effectuée pour confirmer le succès nanocup fabrication. Nous concluons avec une démonstration du transfert de nanocups d’un film adhésif flexible et conforme.

Or nanocups ont été préparés à l’aide de 170 nm de diamètre nanosphères polystyrène. Après recuit pendant 2 min à 107 ° C et la gravure avec un 75 W, 20 sccm O2 plasma 165 s, le film qui en résulte a été caractérisée à l’aide de SEM (Figure 1). Pour évaluer la qualité du film spin-coulé, optique microscope-en plus de l’inspection visuel-mai être utilisés (Figure 2). Des films de qualité devraient être essentiellement exemptes de défauts. Joints de grain sont généralement observées même dans des films de haute qualité, mais avec une attention particulière aux détails, on peut pratiquement éliminer les défauts ponctuels. Dépôt de 20 nm d’or à l’aide de revêtement par pulvérisation cathodique a donné lieu à un film de plasmonically-actif et a été caractérisée en utilisant la spectroscopie de réflectivité optique (Figure 3). Le film plasmonique a été transféré du substrat de silicium rigide à un film flexible à l’aide d’un ruban adhésif couramment disponible. Le ruban a été mis en contact avec le film de plasmonically active et autorisé à adhérer au film pendant 1 min. La bande a été retirée puis délicatement le substrat, ce qui entraîne un transfert de la nanocups d’or au film (Figure 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig1.jpg"> 
Figure 1 : Représentant numérisation micrographies de nanostructures auto-assemblées fabriquées à l’aide de lithographie colloïdale. (un) monocouches autoassemblées d’un tableau typique des nanosphères de polystyrène avant le mordançage, (b) périodiquement espacées nanosphères de polystyrène après recuit et de décapage (75 W, 20 sccm O2 165 s) et (c) espacées régulièrement or nanocups avec 20 nm d’or (Au) déposé à une incidence normale par rapport au substrat. Echelle : 100 nm. Grossissement : 100 kX. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig2.jpg"> 
Figure 2 : Microscopie optique des films auto-assemblés pour évaluer la qualité. (un) Film avec couverture bon monocouche et défauts minimes. Joints de grain sont observés avec les trous et défauts minimes. (b), Film composé de régions monocouche et multicouche. (c) Film avec défauts majeurs et une couverture incomplète monocouche. Barre d’échelle : 20 µm. grossissement : 20 X. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig3.jpg"> 
Figure 3 : Caractérisation de la réflectance optique du tableau fabriqué nanocup or. Les spectres de réflectance optique montrant une forte résonance plasmonique à ~ 615 nm. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig3large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig4.jpg"> 
Figure 4 : Un film flexible et transparent résultant après avoir épluché or nanocups de plaquette de silicium sacrificiel (Si). (a) schéma de la procédure de décollage. (b) optique image du film Pelé. (c) photo porté devant le film à faire preuve de transparence. (d), à la transmission optique représentante les spectres d’un film après le décollage. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>

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Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Nous montrer la fabrication de tableaux périodiques nanocup or en utilisant des techniques lithographiques colloïdales et discuter de l’importance des films nanoplasmonic.

Fabrication de tableaux de Nanocup or périodique à l’aide de lithographie colloïdale

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

fabrication-periodic-gold-nanocup-arrays-using-colloidal

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K vues.  Energy and Environment Directorate. Nous montrer la fabrication de tableaux périodiques nanocup or en utilisant des techniques lithographiques colloïdales et discuter de l’importance des films nanoplasmonic.

Vidéo: Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of low weight, easy tailoring of properties and a wide spectrum of applications2,3. Due to sensitivity of conducting polymers to environmental conditions (e.g., air, oxygen, moisture, high temperature and chemical solutions), lithographic techniques present significant technical challenges when working with these materials4. For example, current photolithographic methods, such as ultra-violet (UV), are unsuitable for patterning the conducting polymers due to the involvement of wet and/or dry etching processes in these methods. In addition, current micro/nanosystems mainly have a planar form5,6. One layer of structures is built on the top surfaces of another layer of fabricated features. Multiple layers of these structures are stacked together to form numerous devices on a common substrate. The sidewall surfaces of the microstructures have not been used in constructing devices. On the other hand, sidewall patterns could be used, for example, to build 3-D circuits, modify fluidic channels and direct horizontal growth of nanowires and nanotubes.
A macropunching method has been applied in the manufacturing industry to create macropatterns in a sheet metal for over a hundred years. Motivated by this approach, we have developed a micropunching lithography method (MPL) to overcome the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. Like the macropunching method, the MPL also includes two operations (Fig. 1): (i) cutting; and (ii) drawing. The "cutting" operation was applied to pattern three conducting polymers4, polypyrrole (PPy), Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)-poly(4-styrenesulphonate) (PEDOT) and polyaniline (PANI). It was also employed to create Al microstructures7. The fabricated microstructures of conducting polymers have been used as humidity8, chemical8, and glucose sensors9. Combined microstructures of Al and conducting polymers have been employed to fabricate capacitors and various heterojunctions9,10,11. The "cutting" operation was also applied to generate submicron-patterns, such as 100- and 500-nm-wide PPy lines as well as 100-nm-wide Au wires. The "drawing" operation was employed for two applications: (i) produce Au sidewall patterns on high density polyethylene (HDPE) channels which could be used for building 3D microsystems12,13,14, and (ii) fabricate polydimethylsiloxane (PDMS) micropillars on HDPE substrates to increase the contact angle of the channel15.

A micropunching lithography approach is developed to generate micro- and submicron-patterns on top, sidewall and bottom surfaces of polymer substrates. It overcomes the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. This method allows rapid fabrication of multiple features and is free of aggressive chemistry.

Micropunching lithographie pour la génération de micro-et submicronique des motifs sur des substrats polymères

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

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Ingénierie

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

Fabrication d&#39;oxydes complexes spatialement confinés

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Atomiquement traçable nanostructures Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) and Electron Beam Melting (EBM). In spite of its potential processing capability, the direct AM method has several disadvantages such as high cost, poor surface finish of final products, limitation in material selection, high thermal stress, and anisotropic properties of parts. We propose a cost-effective method to manufacture 3D lattice metals. The objective of this study is to provide a detailed protocol on fabrication of 3D lattice metals having a complex shape and a thin wall thickness; e.g., octet truss made of Al and Cu alloys having a unit cell length of 5 mm and a cell wall thickness of 0.5 mm. An overall experimental procedure is divided into eight sections: (a) 3D printing of sacrificial patterns (b) melt-out of support materials (c) removal of residue of support materials (d) pattern assembly (e) investment (f) burn-out of sacrificial patterns (g) centrifugal casting (h) post-processing for final products. The suggested indirect AM technique provides the potential to manufacture ultra-lightweight lattice metals; e.g., lattice structures with Al alloys. It appears that the process parameters should be properly controlled depending on materials and lattice geometry, observing the final products of octet truss metals by the indirect AM technique.

An indirect additive manufacturing method combining a 3D printing of polymers with a centrifugal casting is outlined for manufacturing 3D octet truss metals (Al and Cu alloys) having a unit cell length of 5 mm with a wall thickness of 0.5 mm.

Fabrication indirecte de Lattice Metals avec sections minces utilisant Coulée centrifuge

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Fabrication et caractérisation de supraconductrices Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

Colloïdal Synthèse de Nanopatch Antennes pour Applications dans plasmonique et nanophotonique

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has been attributed to statistical fluctuations in the number of photons/electrons arriving at a given nano-region arising from shot-noise (SN). The SN varies inversely to the square root of a number of photons/electrons. For a fixed dosage, the SN is larger in EUV and E-beam lithographies than for traditional (193 nm) optical lithography. Bottom-up and top-down patterning approaches are combined to minimize the effects of shot noise in nano-hole patterning. Specifically, an amino-silane surfactant self-assembles on a silicon wafer that is subsequently spin-coated with a 100 nm film of a PMMA-based E-beam photoresist. Exposure to the E-beam and the subsequent development uncover the underlying surfactant film at the bottoms of the holes. Dipping the wafer in a suspension of negatively charged, citrate-capped, 20 nm gold nanoparticles (GNP) deposits one particle per hole. The exposed positively charged surfactant film in the hole electrostatically funnels the negatively charged nanoparticle to the center of an exposed hole, which permanently fixes the positional registry. Next, by heating near the glass transition temperature of the photoresist polymer, the photoresist film reflows and engulfs the nanoparticles. This process erases the holes affected by SN but leaves the deposited GNPs locked in place by strong electrostatic binding. Treatment with oxygen plasma exposes the GNPs by etching a thin layer of the photoresist. Wet-etching the exposed GNPs with a solution of I2/KI yields uniform holes located at the center of indentations patterned by E-beam lithography. The experiments presented show that the approach reduces the variation in the size of the holes caused by SN from 35% to below 10%. The method extends the patterning limits of transistor contact holes to below 20 nm.

Uniformly sized nanoparticles can remove fluctuations in contact hole dimensions patterned in poly(methyl methacrylate) (PMMA) photoresist films by electron beam (E-beam) lithography. The process involves electrostatic funneling to center and deposit nanoparticles in contact holes, followed by photoresist reflow and plasma- and wet-etching steps.

Utilisation de sacrificielles Nanoparticules pour éliminer les effets de Shot-bruit dans les trous de contact fabriquées par E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

Fabrication de 1-D Cristal Photonique Cavity sur un nanofibres utilisant Ablation laser femtoseconde induite

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

Fabrication de Films couleur ultra-mince avec hautement absorbant Media Depot en Angle Oblique

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...