Questa ricerca è stata eseguita presso laboratorio nazionale Pacific Northwest (PNNL), che è funzionato dal Battelle Memorial Institute per il Department of Energy (DOE) sotto contratto no. DE-AC05-76RL01830. Gli autori riconoscono con gratitudine supporto dal U.S. Department of State, attraverso il tasto verifica patrimonio (fondo V) sotto Interagency accordo SIAA15AVCVPO10.

1. preparazione dei materiali <ol><li>inserire diversi wafer di silicio di 2 pollici in un vettore di quarzo per la pulizia e caricare i wafer di silicio nel plasma etching sistema. Svuotamento della camera del vuoto fino a raggiungere almeno 75 mTorr. Questo potrebbe richiedere alcuni minuti.</li>
	<li>Per avviare il flusso di gas di O 2 (30 sccm) e consentire la pressione si stabilizzi. Impostare il tempo di etch a 15 min. Una volta che la pressione dell'alloggiamento ha stabilizzato avviare il plasma di radiofrequenza (RF) 13,56 MHz 250 W. 
	Nota: Questo passaggio pulisce i wafer di silicio di qualsiasi organico contamina e functionalizes la superficie con idrossilati (-OH) garantendo una superficie idrofila moiety.</li>
	<li>Mentre in attesa per la pulizia al plasma passo per finire, rimuovere le nanosfere di polistirolo acquistate in commercio (170 nm di diametro, 10% di solidi, 0,5% sodio dodecil solfato) dal frigorifero (4 ° C). Consentire il contenitore a temperatura ambiente.</li>
	<li>Brevemente vortice (1 min) e Sonicare (35 kHz, 1 min) il polistirolo nanosfere per minimizzare nanosphere agglomerazione.</li>
	<li>In un flacone di vetro pulito, misurare 1,0 mL dei 170 nm polistirolo nanosfere e aggiungere 1,0 mL di H 2 O per ottenere una sospensione colloidale di 5% solidi.</li>
	<li>Dopo 15 min, fermare il flusso di O 2, sfogare la camera a vuoto e rimuovere i wafer appena puliti.</li>
</ol> 2. Rivestimento per rotazione del polistirolo nanosfere modello <ol><li>Scarica il silicio pulito wafer dall'incisore al plasma. Poi montare un wafer di 2 pollici sulla spin-coater. Assicurarsi che sia correttamente centrato e che l'o-ring sia libera da eventuali detriti. Avviare il vuoto e verificare che la cialda è saldamente alla fase.</li>
	<li>Impostare i parametri di rotazione di spin-coater. Questi parametri variano in base alla dimensione di nanosfere. Per una soluzione di 5% 170 nm nanosfere, impostare la spin-spalmatrice a un processo di 1 passaggio con un tempo di rotazione di 1 min, una velocità di 3.000 giri/min e un'accelerazione di 2.000 giri/min/s.</li>
	<li>Utilizzando una siringa monouso, ritirare ~ 1 mL di sospensione colloidale dal flaconcino. Mettere da parte il flaconcino. Prendere una siringa filtro 5 µm e metterla all'estremità della siringa. Deprimere la siringa fino a quando una goccia di sospensione Cancella la punta. Il filtro rimuove indesiderati aggregati e particolato che può ridurre significativamente la qualità della pellicola.</li>
	<li>Cassetta abbastanza sospensione direttamente sul centro del wafer tale che circa 2/3 della superficie è coperto. Tenta di ridurre al minimo le bolle perché quelli possono influenzare la qualità della pellicola. Chiudere il coperchio di spin coater e premere Start. Durante questo processo, è possibile vedere gli effetti di interferenza a film sottile sulla superficie del wafer come le nanosfere assemblarsi. Questo varia in base al diametro nanosphere.</li>
	<li>Rimuovere la cialda spin-rivestito dopo la disattivazione del vuoto. Pulire la ciotola e coperchio di spin-coater per rimuovere l'eccesso nanosfere.</li>
</ol> 3. Valutazione della qualità e preparazione per incisione della pellicola <ol><li>valutare visivamente la qualità del film auto-assemblati mediante la ricerca di difetti evidenti come striature o buchi che potrebbero essere stati causati dal particolato durante il processo di rivestimento per rotazione.</li>
	<li>Valutare la qualità del film inserendo il wafer sotto un microscopio ottico. Contorni di grano e alcuni difetti sono normali. Se la cialda ha grandi aree non rivestiti o multistrati ovvi, è necessario regolare i parametri di rotazione per ottenere una pellicola più uniforme. Microscopia elettronica può anche essere utilizzata per valutare la qualità del film.</li>
	<li>Attivare la sorgente di luce al microscopio e messa a fuoco sulla superficie del wafer di silicio utilizzando un obiettivo X 20. Valutare la qualità in diversi punti in tutta la cialda per assicurare uniformità.</li>
	<li>La qualità finale del film verifica consiste nell'utilizzare la microscopia elettronica a scansione (SEM) per visualizzare il trattamento nanosphere auto-assemblaggio su nanoscala. È possibile valutare il grado di multistrati, fori e grano limiti/difetti attraverso piccole porzioni del wafer relativamente rapidamente utilizzando questa tecnica.</li>
	<li>Una volta ottenuta una pellicola sufficiente, posizionare la cialda in un forno (107 ° C) per 2 min temprare le nanosfere auto-assemblate. Questo aiuta a incoraggiare l'adesione al substrato e produce una superficie nanostrutturata meglio dopo acquaforte.</li>
</ol> 4. Acquaforte, deposizione di metallo e caratterizzazione ottica <ol><li>caricare la cialda ricotta nell'incisore al plasma e avviare la pompa giù processo.</li>
	<li>Una volta che la camera a vuoto raggiunge almeno 75 mTorr, iniziare il flusso di gas di O 2 (20 sccm) e attendere che la pressione si stabilizzi. Avviare il plasma RF (75 W) per 165 s.</li>
	<li>Una volta completato il ciclo di plasma RF, fermare il flusso di O 2 e sfiatare la camera.</li>
	<li>Il substrato è ora incisa e pronta per la deposizione dei metalli. L'esempio di una macchina a polverizzazione di trasportare e depositare un sottile (20 nm) strato di oro. Variando gli angoli di deposizione può essere utilizzato per modificare le proprietà ottiche della nanocups. In questo caso, è stata eseguita la deposizione dei metalli normalmente incidente al substrato.</li>
	<li>Dopo la deposizione del metallo, il substrato può essere caratterizzato usando spettroscopia ottica. Focus microspectrophotometer sulla superficie del substrato metallizzato e misurare gli spettri di riflettanza. Per 170 nm inciso nanosphere matrici, la LSPR era a 615 nm.</li>
	<li>Nastro adesivo sensibile alla pressione di utilizzo, posizionare delicatamente la pellicola a contatto con il substrato. Può essere necessario rimuovere eventuali bolle d'aria che formata all'interfaccia utilizzando una pinzetta.</li>
	<li>Una volta che il nastro è in contatto con il substrato, il nastro può essere immediatamente stacca per rimuovere il nanocups dalla superficie del substrato. Delicatamente la buccia indietro il nastro e il risultato è un film flessibile e conformal di oro 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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Questo protocollo viene illustrata una tecnica efficiente e a basso costo per la realizzazione di matrici periodiche di plasmonici nanocups oro. Questa tecnica è particolarmente vantaggiosa perché evita seriali processi top-down come Litografia a fascio di elettroni o fascio ionico focalizzato di fresatura. La tecnica presentata mostra che commercialmente disponibili nanosfere polimeriche auto-montabile in modo semplice per servire come un modello di dimensioni nano per l'ulteriore elaborazione.
Le modifiche e la risoluzione dei problemi:
Se la qualità del film è scadente, può essere necessario pre-filtrare la soluzione di nanosfere. Qui, abbiamo usato un filtro per siringa 5 µm, ma può essere vantaggioso utilizzare dei filtri per siringa 0,22 µm, a seconda del diametro di nanosfere. Il processo di incisione può essere regolato per ottenere la risposta desiderata ottica. La qualità della etch dovrebbe essere valutata utilizzando SEM per garantire nanosfere polimeriche non a contatto e uniformemente spaziate. Dopo aver definiti i parametri di etch per un particolare sistema, è possibile produrre riproducibile diversi wafer in un batch con simili risonanze di plasmon. Deposizione dei metalli ad angoli variabili si sintonizzerà anisotropo proprietà ottiche di nanocup.
Fasi critiche:
Le nanosfere devono essere correttamente conservate e trattate per ottenere filmati di alta qualità. Consentire le nanosfere scaldare a temperatura ambiente e brevemente vortice seguita da sonicazione per contribuire a garantire nanosfere monodispersi. Il substrato di silicio deve essere plasma puliti e utilizzato immediatamente al fine di garantire una superficie altamente idrofila. Infine, il film autoassemblato entrambi ispezionare ad occhio, nonché attraverso microscopia ottica. Dovrebbero essere osservati difetti minimi, altrimenti sarà necessario adeguare le condizioni di spin.
Limitazioni:
Si tratta di una tecnica altamente scalabile, ma ha alcune limitazioni che devono essere tenuti a mente. L'auto-assemblaggio processo è eccellente alla produzione di matrici di grandi dimensioni di nanosfere, ma è difficile per fabbricare nanostrutture con anisotropia tridimensionale. Complesse nanostrutture migliori sono fabbricati da Litografia a fascio di elettroni o fascio ionico focalizzato di fresatura. Queste nanostrutture, tuttavia, non scala bene e sono estremamente costose da produrre.
Nel complesso, questo protocollo dimostra come fabbricare nanoplasmonic film. Nanoplasmonic film hanno una varietà di applicazioni in settori quali materiali ottici non lineari7, fotovoltaico12e la luce che emettono diodi13.

L'emergere di plasmonica in combinazione con migliorata nanofabbricazione e tecniche di sintesi hanno portato su una vasta gamma di entusiasmanti tecnologie come Sub-diffrazione limitata i circuiti, migliorata individuazione di prodotti chimici edi telerilevamento ottico 1 ,2,3. In questo protocollo, dimostriamo una tecnica relativamente a basso costo e scalabile in grado di fabbricare nanostrutturata plasmoniche substrati utilizzando nanosfere polimeriche commercialmente disponibili e un passo di acquaforte seguita dalla deposizione dei metalli. A differenza di altre tecniche per la realizzazione di substrati nanostrutturati, come elettrone fascio Litografia4, questa tecnica può rapidamente ed efficientemente essere scalata a wafer da 300 mm e oltre con minimo sforzo e usi un trasferimento passo per produrre flessibile e conformal film5.
Fin dall'epoca romana, abbiamo saputo che alcuni metalli come oro e argento possono avere proprietà ottiche brillanti quando essi sono finemente suddivisi. Oggi, abbiamo capito che queste particelle metalliche esibiscono un effetto chiamato la "risonanza plasmonica di superficie localizzata" (LSPR) quando le loro dimensioni si avvicinano alla nanoscala. LSPR è analoga a un'onda stazionaria in cui elettroni debolmente legati trovati nel metallo oscillano coerentemente quando luce di certe frequenze illumina le particelle di metallo. Anisotropici nanostrutture sono di particolare interesse perché uniche risonanze ottiche possono emergere a seguito di rottura6,7,8simmetria.
L'illuminazione delle strutture semi-guscio (nanocup) con la luce può eccitare dipolo elettrico o modalità di plasmon dipolo magnetico, a seconda di fattori quali l'angolo di deposizione del metallo, l'orientamento del substrato rispetto alla luce incidente e la polarizzazione della luce incidente9. Nanocups sono state spesso considerate analoghe a tridimensionale cerchietto risuonatori, in cui la frequenza di risonanza possa approssimate come un oscillatore LC10,11. La frequenza di risonanza per la dimensione di nanosfere polimeriche utilizzate qui (170 nm), la quantità di oro depositato (20 nm), e le tariffe di etch producono frequenze di risonanza che attraversa il visibile e vicino-IR.
Le proprietà ottiche di nanocups l'oro possono essere misurate in trasmissione o riflessione, a seconda del substrato utilizzato per spin-coating. Nel protocollo presentato, abbiamo scelto di utilizzare wafer di silicio 2 pollici come il substrato ed eseguire misure in riflettanza dopo deposizione metallica. Le misurazioni sono state eseguite utilizzando un microscopio accoppiato ad uno spettrometro dispersivo con una fonte di luce alogena. Abbiamo anche avuto successo con l'utilizzo di substrati di vetro, permettendo per le misure di riflessione e trasmissione immediatamente dopo la deposizione del metallo. Inoltre, questa tecnica è facilmente scalabile e non è limitata a wafer di 2 pollici. A causa della disponibilità commercio di nanosfere polimeriche monodisperse di alta qualità, è semplice per ottimizzare le proprietà ottiche di queste strutture semplicemente iniziando con nanosfere di dimensioni diverse.
In questo protocollo, una tecnica per fabbricare anisotropo oro mezzo guscio (o nanocup), nanostrutture utilizzando un metodo chiamato Litografia colloidale è dimostrato. Litografia colloidale utilizza auto-assemblaggio di altamente monodispersi nanosfere polimerici per campire rapidamente un substrato che può essere ulteriormente trasformato in un substrato plasmonico dopo polverizza rivestimento un sottile strato di oro. Allo stesso modo, è possibile accordare l'anisotropia del substrato inclinando il substrato del campione durante la deposizione dei metalli. Le strutture risultanti sono sensibili alla polarizzazione a causa dell'anisotropia della nanostruttura formata. Qui, dimostriamo un particolare eseguire decollo per trasferire le strutture ad una pellicola trasparente, flessibile e caratterizzazione ottica e di caso.

<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

In anni recenti, il campo di plasmonica è esploso come i ricercatori hanno dimostrato interessanti applicazioni legate alla chimica e optical sensing in combinazione con nuove tecniche di nanofabbricazione. Un plasmon è un quantum di oscillazione di densità di carica che presta su scala nanometrica metalli come oro e argento proprietà ottiche uniche. In particolare, nanoparticelle di oro e argento presentano oscillazioni di densità di carica di risonanze-collettivo plasmonica di superficie localizzata sulla superficie del componente nanoparticella dello spettro visibile. Qui, ci concentriamo sulla fabbricazione di matrici periodiche di Nanostrutture plasmoniche anisotropo. Queste strutture semiguscio (o nanocup) possono esibire ulteriore unica luce-piegatura e polarizzazione dipendente dalla proprietà ottiche non è che semplice nanostrutture isotropo. I ricercatori sono interessati nella fabbricazione di matrici periodiche di nanocups per una vasta gamma di applicazioni quali dispositivi ottici a basso costo, Superficie-enhanced Raman scattering e indicazione di manomissione. Presentiamo una tecnica scalabile basata su Litografia colloidale in cui è possibile facilmente fabbricare grandi array periodico di nanocups tramite rivestimento per rotazione e self-assembled nanosfere polimeriche disponibili in commercio. La microscopia elettronica e spettroscopia ottica dal visibile all'infrarosso (vicino-IR) è stato effettuato per confermare il successo nanocup fabbricazione. Concludiamo con una dimostrazione del trasferimento di nanocups ad una pellicola adesiva flessibile, conformal.

Nanocups d'oro sono state preparate utilizzando 170 nm di diametro con nanosfere di polistirolo. Dopo ricottura per 2 min a 107 ° C e incisione con un 75 W, 20 sccm O2 plasma per 165 s, la pellicola risultante è stata caratterizzata mediante SEM (Figura 1). Per valutare la qualità del film spin-casted, ottica microscopia-in aggiunta alla ispezione visiva-maggio essere utilizzato (Figura 2). I film di alta qualità devono essere essenzialmente privi di difetti. Bordi di grano sono in genere osservate anche in pellicole di alta qualità, ma con attenzione ai dettagli, è possibile eliminare quasi completamente i difetti di punto. Deposizione di 20 nm d'oro usando polverizza rivestimento ha provocato un film plasmonically-attivo ed è stato caratterizzato tramite spettroscopia di riflettanza ottico (Figura 3). Il film plasmonico è stato trasferito dal substrato di silicio rigida un film flessibile con del nastro adesivo comunemente disponibile. Il nastro era messo in contatto con il film plasmonically-attivo e permesso di aderire alla pellicola per 1 min. Il nastro è stato poi delicatamente rimosso dal substrato, conseguente trasferimento del nanocups d'oro per il film (Figura 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig1.jpg"> 
Figura 1 : Rappresentante scansione micrografi elettronici delle nanostrutture auto-assemblate fabbricati con Litografia colloidale. (un) self-assembled monolayer di una matrice tipica di polistirolo nanosfere prima acquaforte, (b) periodicamente distanziati nanosfere polistirolo dopo ricottura e acquaforte (75 W, 20 sccm O2 per 165 s) e (c) periodicamente distanziati oro nanocups con 20 nm di oro (Au) depositato presso un incidenza normale rispetto al substrato. Barra della scala: 100 nm. Ingrandimento: 100 kX. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig2.jpg"> 
Figura 2 : Microscopia ottica dei film autoassemblati per valutare qualità. (un) Film con monostrato buona copertura e minimi difetti. Contorni di grano si osservano con fori e minimi difetti. (b), Film che consiste delle regioni monostrato e multistrato. (c) Film con difetti importanti e copertura incompleta dello strato monomolecolare. Barra della scala: 20 µm. ingrandimento: 20x. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig3.jpg"> 
Figura 3 : Caratterizzazione ottica riflettanza della matrice fabbricato oro nanocup. Spettri di riflettanza ottico mostrando una forte risonanza plasmonica presso ~ 615 nm. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig4.jpg"> 
Figura 4 : Pellicola flessibile, trasparente risultante dopo il peeling oro nanocups wafer di silicio sacrificale (Si). (a) schema della procedura di decollo. (b) ottico immagine del film pelati. (c) fotografia concentrato oltre il film per dimostrare la trasparenza. spettri (d), trasmissione ottica rappresentativo di un film dopo il decollo. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Dimostriamo la realizzazione di matrici periodiche nanocup oro utilizzando tecniche litografiche colloidale e discutere l'importanza di nanoplasmonic film.

Fabbricazione di matrici Nanocup oro periodica mediante Litografia colloidale

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 Views.  Energy and Environment Directorate. Dimostriamo la realizzazione di matrici periodiche nanocup oro utilizzando tecniche litografiche colloidale e discutere l'importanza di nanoplasmonic film.

Video: 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 litografia per la generazione di Micro-e submicroniche modelli sul Polymer Substrati

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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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.

Fabbricazione di ossidi complessi spazialmente confinati

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.

Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

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.

Atomicamente tracciabile nanostrutture

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.

Fabbricazione indiretta di Lattice metalli con sezioni sottili Utilizzando Fusione centrifuga

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.

Fabbricazione e caratterizzazione di superconduttori risonatori

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.

Colloidale Sintesi di Nanopatch Antenne per applicazioni in Plasmonics e nanofotonica

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.

L&#39;utilizzo di nanoparticelle sacrificali per eliminare gli effetti del colpo-rumore in fori di contatto fabbricato da E-litografia a fascio

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.

Fabbricazione di 1-D Photonic cristallo cavità su una nanofibre Utilizzando ablazione laser a femtosecondi-indotta

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.

Fabbricazione di film ultra-sottile di colore con altamente assorbente Media mediante deposizione di angolo obliquo

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