Thanks to Michael Knutson, Paul Hamric, Greg Scott, and Chris Landes for helpful discussions and assistance related to the custom inert atmosphere sample holder and assistance in the University of Utah student machine shop. P.C. acknowledges the NSF GRFP under Grant No. 0750758. P.C. acknowledges the University of Utah Nanotechnology Training Fellowship. R.M. acknowledges a NSF CAREER Award No. 1054899 and funding from the USTAR Initiative.

참고 : 클린 룸 클래스 100 조건 또는 더 나은 아래의 모든 다음 단계를 수행하십시오. 1. 샘플 준비 <ol><li> (: 유해 화학 물질주의) 2 분 동안 버퍼 산화물 에칭 (BOE) 솔루션 (6 부품 40 % NH 4 F 1 부 49 %의 HF)와 2 &quot;직경의 실리콘 웨이퍼를 청소합니다. 표면에있는 유기물이나 오염 물질을 제거하려면이 에칭 시간을 선택합니다. 약 5 분 동안 탈 이온수 (DI) 물에 씻어. 건조 N 2와 건조 웨이퍼. 참고 : HF를 사용하는 경우 혼자 작업하지 마십시오. 항상 흩날 린 경우 얼굴 방패와 개인 보호 장비 (PPE)와 눈 보호를 착용합니다. 에칭이 수행 된 실험실에서 사용 및 HF 폐기물의 처리를위한 포스트 지침. 참고 : 전기 잠금만을위한 1.2-1.7 단계를 반복합니다. 용해를 통해 잠금을 수행하는 경우 2 단계로 진행합니다. </li><li> , 작동 전극을 버리는 깨끗한 2 &quot;직경 silic에 백금 (PT)의 100 nm의 스퍼터웨이퍼에. </li><li> 백금 박막을 에칭하기 전에, 이전의 건조 식각에서 불순물 또는 남은 포토 레지스트의 RIE 챔버를 청소합니다. </li><li> 토르 달성 1 × 10-5의 기본 압력까지 챔버를 펌프 다운. RF 전력은 200 W로 설정하고, 산소 및 아르곤의 유속은 각각 50 SCCM과 10 SCCM으로 설정되어 있는지 확인. 아르곤 / O 2 플라즈마 점화 적어도 1 시간 동안 실행합니다. </li><li> 아르곤 / O 2 플라즈마를 끄고 챔버는 약 10 분 동안 배출 할 수 있습니다. </li><li> 백금 박막 표면을 에칭하기 위하여, RIE 챔버로 샘플을 로딩하고 1 × 10-5 토르의 기본 압력까지 펌프 챔버. 이 시간에 0 SCCM 아르곤 유속을 설정. O 2 플라즈마를 점화하고이 과정이 30 분 동안 실행하자. </li><li> O 2 플라즈마를 끄고 챔버가 10 분 동안 배출 할 수 있습니다. </li></ol> 사용자 정의 L을 사용하여 광 변색 분자의 2 열 증발오우 온도 증발기 (LTE) <ol><li> BTE 30 밀리그램 무조건 2 배를 채우고 사용자 정의 LTE 소스 (그림 6)에로드. </li><li> 샘플에 넣 실리콘 웨이퍼를 탑재합니다. </li><li> 일실 포트와 펌프실 1 × 10-6 토르의 기본 압력으로 내려. </li><li> 30 nm의 막 두께, 100 ° C의 온도 설정치 BTE를 증발시켰다. </li><li> 즉시 증발 후, 홍수, 닫힌 형태로 1C을 BTE 재료를 변환하는 UV의 5 분에 샘플을 조명. </li><li> 샘플 크기를 정의하기 위해, 실리콘 표면의 가장자리에서 선 스크래치 다이아몬드 스크라이브를 사용하여 웨이퍼의 작은 조각을 절단. 스크래치 라인의 양측을 잡아 웨이퍼는 결정면을 따라 중단 될 때까지 아래쪽으로 구부러 웨이퍼. </li><li> BTE에게 얇은 막 두께를 확인하는 프로파일로 측정을 수행. 이렇게하려면 미세 에지 핀셋을 사용하여 샘​​플에 상처. 이리저리 스텝 높이를 측정m 좌우 커서 위치 사이의 높이 차이이 스크래치. 주 : 막 두께의 부정확성 노광량에 차이가 발생할 것이다. </li><li> N이 가득 글러브 박스에 보관 나머지 샘플. </li></ol> 3. 노출 주 : 시료의 열화를 방지하기 위해 불활성 분위기 조건에서 모든 노출을 수행한다. <ol><li> 단계 2.6에서 설명한 것과 동일한 절차에 따라 샘플을 쪼개짐. </li><li> 불활성 분위기 샘플 홀더로드 샘플. </li><li> 무대에 불활성 샘플 홀더를 탑재합니다. N 2 퍼지 샘플. </li><li> 예컨대도 8에 도시 한 바와 같이, 간섭계를 사용하여 소망의 노출 시간에 샘플을 노출. </li></ol> 세 개의 전극 셀을 사용 4. 전기 화학적 산화 주 : 시료의 열화를 방지하기 위해 불활성 분위기 조건에서 전기 화학을 수행한다. <ol><li> 핫 플레이트 위에 깨끗한 유리 병을 클램프. 유리 병에 깨끗한 교반 막대를 놓습니다. 교반기를 켭니다. </li><li> 메탄올 새로운 구리 클립을 청소합니다. 메탄올 백금 상대 전극을 청소합니다. </li><li> 깨끗한 구리 클립을 이용하여 테플론 병 뚜껑의 구멍 중 하나를 통해 샘플 클립. 만 노출 된 백금에 클립해야합니다. </li><li> 유리 병 위에 테프론 유리 병 뚜껑을 놓습니다. 백금 카운터 전극과 샘플을 들고 구리 클립 위에 흑연에 적색 리드를 클립. </li><li> 깨끗한 주사기를 사용하여 테프론 유리 병 캡에서 두 번째 구멍을 통해 여과 탈 (DI) 물을 유리 병을 채 웁니다. 샘플에 노출 된 백금의 몰입하지 않고 높은 입력합니다. </li><li> 3-5 분 동안 물을 통해 거품 질소. 질소를 끕니다. </li><li> 테프론 유리 병 캡에서 두 번째 구멍에 기준 전극을 배치합니다. 기준 전극에 흰색 리드를 클립. 베어 백금 O를 확인 아무것도하지 않습니다 확인n은 샘플을 담근다. </li><li> voltammograph를 사용하여, 0.5 V / 초의 산화 전압을 설정한다. </li><li> 원하는 산화 시간이 경과 한 후, voltammograph 오프에 전원을 켭니다. </li><li> 백금 상대 전극, 구리 클립 및 기준 전극에서, 빨강, 검정, 흰색 클립을 제거합니다. </li><li> 5 분 동안 UV하기 위해 샘플을 노출. </li></ol> 5. 샘플 개발 - 전기 잠금 주 : 시료의 열화를 방지하기 위해 비활성 분위기 조건으로 발전을 수행한다. <ol><li> 여과 5 (중량 %) 이소프로판올 샘플을 개발 시간의 원하는 양 95 (중량 %) 에틸렌 글리콜. 참고 : 80 nm의 샘플은 60-180 초 동안 개발하는 동안 일반적으로 50 나노 샘플이 30 ~ 60 초 동안 개발된다. </li><li> 건조 N 2와 건조 샘플. </li><li> 즉시 UV의 5 분에 샘플을 노출. </li></ol> 6. 샘플 개발 - 해산 잠금 </em&gt; 주 : 시료의 열화를 방지하기 위해 비활성 분위기 조건으로 발전을 수행한다. <ol><li> 깨끗한 유리 비이커에 에틸렌 글리콜 100 ㎖를 사용하여, 원하는 현상 시간 샘플에 대한 노출을 개발한다. </li><li> 건조 N 2와 건조 샘플. 즉시 UV의 5 분에 샘플을 노출. </li></ol> 7. 다중 노출 <ol><li> 다중 노출의 반복을 수행하면 광학에 샘플 상대의 번역 3-6 단계를 반복합니다. </li></ol>

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	<li>Brimhall, N., Andrew, T. L., Manthena, R. V., Menon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breaking+the+far-field+diffraction+limit+in+optical+nanopatterning+via+repeated+photochemical+and+electrochemical+transitions+in+photochromic+molecules.">Breaking the far-field diffraction limit in optical nanopatterning via repeated photochemical and electrochemical transitions in photochromic molecules.</a> Physical Review Letters. 107 (20), 205501 (2011).</li><li>Cantu, P., 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=Subwavelength+nanopatterning+of+photochromic+diaryethene+films.">Subwavelength nanopatterning of photochromic diaryethene films.</a> Applied Physics Letters. 100 (18), 183103 (2012).</li><li>Cantu, P., Andrew, T. 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The authors have nothing to disclose.

The fabrication, experimental setup and related operational procedures of Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) have been described. By exploiting the linear switching properties of thermally stable photochromic molecules, POST offers new perspectives on circumventing the far-field diffraction limit.1-2,4
Previously long-term storage requirement of the samples was solved by storing the samples under N2, directly after the initial evaporation.2 However, the significant line-edge roughness evident in the gratings, Figures 3 and 5, is likely due to the formation of oxidized products of 1c in the presence of air.2 Improving the uniformity of the patterns requires that the exposure and development process be conducted under an inert atmosphere. To address the exposures done in ambient conditions, a custom inert atmosphere sample holder was designed and fabricated. The sample holder needed to provide a rigorous inert gas blanketing of the air-sensitive BTE in closed form, 1c and maintain an excellent seal for sufficient time to obtain the appropriate exposure conditions. The holder was configured so that it could be easily modified for various optical configurations.
One way to address the exposure of the sample to atmosphere would be to design and fabricate an in-situ setup. The main goal of in-situ experimentation in both the electrochemical and dissolution method is performing the exposure, electrochemical oxidation, and development in an O2 purged environment. Having the experiments performed in-situ would aid in the yield and quality of the desired nanostructures.
Currently the extension of this super-resolution technique, POST, to 3-dimensions, which would provide a promising approach to nanofabrication of nanoporous scaffolds, which act as supports for the initial cell attachment and subsequent tissue formation in biological tissue engineering (TE) is being investigated. The nanolithographic technique used to fabricate these initial scaffolds must produce a high yield and be at a low cost in order to produce any significant impact.14
There are, however, some limitations to the POST technique. The need for a separate locking mechanism (electrochemical or dissolution) requires an immersion-type setup. This could add associated complexities and cost if performed in-situ. Also, the need for a platinum layer for the electrochemical locking step (see Step 1.2) might preclude some already patterned substrates or devices. The organic compound (BTE), which is used as the recording medium, requires a relatively complex synthesis, which may add to the cost of the technique initially. However, with increased volumes, the cost should decrease.

광학 리소그래피는 나노 구조 및 장치의 제조에 대단히 중요하다. 새로운 리소그래피 기술의 향상 발전은 새로운 장치의 새로운 세대를 가능하게하는 기능이있다. 8 ~ 11이 글에서 검토가 새로운 환성 분자를 사용하여 깊은 파장 이하의 해상도를 달성 광 리소그래피 기술의 클래스 표시됩니다. 이 방법은 광학 - 가포 전환 (POST)를 통해 패턴 화라고합니다. 1-3 POST 고유 즉, (1,2- 비스 (5,5&#39;- 디메틸 -2,2&#39;- bithiophen 일))의 광 변색 성 분자 천이 포화의 사상을 겸비한 신규 한 나노 기술 perfluorocyclopent -1- 엔이다. 놓고,이 화합물을 그 larg의 강력한 도구하게 간섭 리소그래피와 같은 유도 방출 핍층 (STED) 현미경 (12)에 사용되는 것과 같은 BTE,도 1이라2 및 3 차원의 잠재적 인 확장과 다양한 표면 위에 깊은 서브 파장 기능의 전자 영역 병렬 나노 패터닝. 광 변색 층은 원래 하나의 균질 한 상태입니다. 이 층은 λ (1)의 균일 한 조명에 노출되는 경우, 제 2 이성체 상태 (도 1c),도 2로 변환한다. 그 후 샘플은 제 이성체 상태로 샘플 (변환 λ (2)에 포커싱 된 노드에 노출 1O) 사방 노드의 근처 부근에서 제외. 노광량을 제어함으로써, 전환되지 않은 영역의 크기는 임의로 작게 만들어 질 수있다. 이성체 중 하나의 후속 정착 단계는 선택적으로 패턴을 비가 역적으로 잠글 (블랙) 3 차 상태 (잠금) 변환 될 수있다. 이어서, 층을 다시 원래의 상태로 락 영역을 제외한 모든 변환 한 λ, 균일 노출된다.단계들의 시퀀스는 그 간격 원방 회절 한계보다 작은 두 잠긴 영역 결과적으로 광학 샘플의 상대 변위로 반복 될 수있다. 따라서, 임의의 형상은 &quot;도트 매트릭스&quot;방식으로 패턴 화 될 수있다. 1-3

<table><tbody><tr><td>Isopropanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>P/7500/15</td><td>CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources.</td></tr><tr><td>Buffered Oxide Etch</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Ricca Chemical</td><td>48-293-2&amp;nbsp;</td><td>CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources.</td></tr><tr><td>Ethylene Glycol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>324558</td><td>CAUTION: Harmful if swallowed</td></tr><tr><td>Silicon wafer</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Diamond Scribe</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Glass Beakers</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tweezers</td><td>Ted Pella</td><td>5226</td><td></td></tr><tr><td>Reactive Ion Etching System</td><td>Oxford</td><td>Plasma Lab 80 Plus</td><td></td></tr><tr><td>Inert Atmosphere Sample Holder</td><td>Proprietary In-house Designed</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polarizing beamsplitter cube</td><td>Thorlabs</td><td>PBS052</td><td></td></tr><tr><td>HeNe Laser</td><td>Melles Griot</td><td>25-LHP-171</td><td>CAUTION: Wear safety glasses</td></tr><tr><td>Half-wave plates</td><td>Thorlabs</td><td>WPH05M-633</td><td></td></tr><tr><td>Thermal Evaporator</td><td>Proprietary In-house Designed</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TMV Super</td><td>TM Vacuum Products</td><td>TMV Super</td><td></td></tr><tr><td>Voltammograph</td><td>Bioanalytical Systems</td><td>CV-37</td><td></td></tr><tr><td>Shortwave UV lamp 365&amp;nbsp;nm</td><td>UVP Analytik Jena Company</td><td>UVGL-25</td><td>CAUTION: Wear UV safety glasses</td></tr></tbody></table>

patterning via optical saturable transitions - fabrication and characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

제작 된 샘플 : 순환 전압 전류 측정에서 0.85 V의 산화 전압을도 3에서의 원자 힘 현미경 사진에 의해 도시 된 바와 같이, 상이한 산화 시간은 특성화 하였다. 50 nm 두께의 필름은 0.95 mW의 / ㎠의 전력 밀도에서 60 초 동안 400 nm 인 λ = 647 nm에서 정재파 노출시켰다. 산화 시간을 25 분에서 10 분으로 증가함에 1O 이루어지는 영역의 일부뿐만 아니라 산화되는 때, 분명히 하나의 콘트라스트 손실을 볼 수있다. 현상 제 (5 (중량 %) 이소프로판올 : 9​​5 (중량 %) 에틸렌 글리콜)은 모든 산화 된 영역을 용해. 큰 산화 시간은 라인 얼룩 현상 후의 증가 된 표면 불균일성을 초래한다. 따라서, 산화 조건의 신중한 선택은 패터닝 고품질의 나노 구조에 중요하다. (2) 닫힌 형태의 높은 쌍극자 모멘트열려있는 양식에 비해 폐쇄 형태는 극성 용매에 더 용해되는 대한 분자, 1C의, 1O, 수 있습니다. 이는 샘플의 절반은 닫힌 형태 (1C)로 전환시키고도 4에 표시하고, 나머지 절반은 1O, 열린 형태로 전환 하였다. 시료는 여러 가지 개발 시간, 100 (중량 %) 에틸렌 글리콜 개발 된 후, 필름의 두께 프로파일로 미터를 사용하여 측정 하였다 남음. 이 그래프로부터 용해 록킹 단계의 높은 선택성을 보인다. 닫힌 형태, 1C, 사용될 수있는 나노 임프린트 리소그래피에서 사용 된 반응성 이온 에칭 (RIE) 공정의 잔여 층을 제거한다. (13) 광 변색 성 필름을 용이하게 UV 노출시 원래의 상태로 복구 할 수 있기 때문에, 다중 노출에 아이디어를 확장 간단하다. 이것은, 물론, 생성에 필요한조밀 한 패턴. 여기서,이 방법의 타당성 같은 정재파의 두 노출을 수행하여 도시하지만, (도 5) 사이에서 ~ 45 ° 회전된다. 각각의 노출은 1 분 동안 λ = 647 nm에서 서 기간의 물결, 540 nm의 (사건 강도 ~ 2.1 mW의 / cm 2)로, Lloyd&#39;s 미러 간섭계에 실시 하였다. 제 1 노광 후, 샘플을 30 분 동안 100 (중량 %) 에틸렌 글리콜에 침지시키고 원래의 폐쇄 - 고리 이성체 1C에 분자를 변환하도록 5 분 동안 단파장 UV 램프에 노출. 샘플은 광학하는데 약 45 °의 상대 회전하고, 정재파 두번째 노광을 수행 하였다. 또, 샘플을 30 분 동안 100 (중량 %) 에틸렌 글리콜에 침지시켰다. 각각의 현상 후, 샘플은 탈 이온수로 세정하고, 건조 N 2. 해당 원자 힘 현미경 ~ 260 nm의 또는 &amp; # 작게 간격으로 줄을 해결합니다955; 정재파의주기의 절반보다 작은 /2.5 3. 샘플 홀더의 효능을 확인하기 위해 여러 가지 노출은 라인 엣지 거칠기 향상했다 있는지 수행 하였다. 정현파 입사 조명을 가정하면, 결과적인 피쳐 사이즈 용이 시뮬레이션 할 수있다. 도 7에,이 피처 크기가 청색 라인을 사용하여 노출 시간의 함수로서 플롯된다. 실험적으로 측정 된 값은 십자가를 사용하여 표시됩니다. 단지 피팅 파라미터로서 노출 임계 값을 사용하여,이 간단한 모델 정확히 우리의 실험 결과를 설명 할 수 있음을 나타낸다. 실험적으로 얻은 가장 작은 피쳐 사이즈는 ~ λ / 7.4의 선폭에 대응하는, ~ 85 nm였다. 노출 시간의 더 정밀한 제어가 더 작은 기능을 사용하도록 설정해야합니다. 노출 시간이 증가함에 따라, 시뮬레이션은 피처 크기가 상당히 원방 회절 리 이하로 감소하는 것을 나타낸다 유의MIT. 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지는, 상기 라인 가장자리 조도가 불활성 분위기 샘플 홀더를 이용하여 개선 된 것을 알 수있다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52449/52449fig1highres.jpg" /> 그림 1. 유기 광 변색 분자 구조., 1C를 1O, (1)가 개방 형태로 존재 화합물과 닫힌 형태. 전기 화학적 산화 선택적으로 열배에 1C 변환합니다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52449/52449fig2highres.jpg" /> 녹음 기능을 위해 필요한 단계를 &quot;잠금&quot;그림 2. POST 기술. 노출과 패턴. (A) 전기 화학적 산화. 하나 photoisomer의 (B) 해산. 그림 3. 절연 기능을 제공합니다. 다양한 산화 시간에 샘플에 대한 개발 후 라인의 원자 힘 현미경 사진. 50 나노 ~ 2 박막 두께. [칸투, P., 등의 허가 재판. 광 변색 성 디아 릴에 텐 영화의 파장 이하의 나노 패터닝. 앱. 는 Phys. 레트. 100 (18), 183,103]. 저작권 [2012], AIP 출판 LLC. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52449/52449fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52449/52449fig4highres.jpg" /> 도 4 용해율.이도 100 (중량 %) 중에서, 매크로 스케일 (1c)의 용해도 및 1O를 도시 메틸렌 공중전자 글리콜. ~ 29 nm의 3 박막 두께. [칸투, P., 등의 허가 재판. 하나 photoisomer. 응용 프로그램을 선택적으로 용해를 통해 디아 릴에 텐 필름의 나노 패터닝. 는 Phys. 레트. (103) (17) 173112]. 저작권 [2013], AIP 출판 LLC. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52449/52449fig5highres.jpg" /> 이중 노출 그림 5. 실험 데모 왼쪽 :.. POST 사용하여 이중 노출에 대한 시료의 도식을 보여주는 방향 오른쪽 : 결과 패턴의 원자 힘 현미경 사진. 원자 힘 현미경은 약 조명 정재파의 절반 기간입니다 ~의 260 나노 미터, 같은 기능 사이의 최소 간격을 알 수있다. (3) [칸투, P., 등의 허가 재판. 선택적 disso를 통해 디아 릴에 텐 필름의 나노 패터닝하나 photoisomer의 기술인 것. 앱. 는 Phys. 레트. (103) (17) 173112]. 저작권 [2013], AIP 출판 LLC. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52449/52449fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/52449/52449fig6highres.jpg" /> 그림 6. 사용자 정의 증발기. POST 기술에 사용되는 저온 열 증발기 (LTE)의 이미지입니다. (2) [칸투, P., 등의 허가 재판. 광 변색 성 디아 릴에 텐 영화의 파장 이하의 나노 패터닝. 앱. 는 Phys. 레트. 100 (18), 183,103]. 저작권 [2012], AIP 출판 LLC. <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/52449/52449fig7highres.jpg" /> 하나의 developmen는 대한 노출 시간 대 그림 7. 선폭실험 데이터가 십자가를 사용하여 표시되는 동안 t과 노출이.이 사건 시뮬레이션 사인 조명, 청색 선으로 표시됩니다. 457 nm의 기간과 사인 조명은 가정 하였다. 삽입 된 :. SEM 사진 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52449/52449fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/52449/52449fig8highres.jpg" /> 도 노광에 사용되고 마하 젠더 간섭계 설치 항 회로도. 제 반파 플레이트는 각각의 아암에 힘을 제어하기 위해 사용된다. 후반 파장 판은 편광을 제어하기 위해 사용된다.

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Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

광학 가포 전환을 통해 패터닝 - 제조 및 특성

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

6.8K 조회수.  The University of Utah. We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

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Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

광자 크리스탈 느린 경 Waveguides 그리고 안의 공간의 제조 및 특성

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

연구

공학

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

빛의 통과 앤더슨 현지화 무질서 폴리머 광섬유의 제조 및 특성

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

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.

제작 및 미세 유체 광​​ 기계 발진기의 테스트

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

Patterning Cells on Optically Transparent Indium Tin Oxide Electrodes

The ability to exercise precise spatial and temporal control over cell-surface interactions is an important prerequisite to the assembly of multi-cellular constructs serving as in vitro mimics of native tissues.  In this study, photolithography and wet etching techniques were used to fabricate individually addressable indium tin oxide (ITO) electrodes on glass substrates.  The glass substrates containing ITO microelectrodes were modified with poly(ethylene glycol) (PEG) silane to make them protein and cell resistive.  Presence of insulating PEG molecules on the electrode surface was verified by cyclic voltammetry employing potassium ferricyanide as a redox reporter molecule.  Importantly, the application of reductive potential caused desorption of the PEG layer, resulting in regeneration of the conductive electrode surface and appearance of typical ferricyanide redox peaks.    Application of reductive potential also corresponded to switching of ITO electrode properties from cell non-adhesive to cell-adhesive. Electrochemical stripping of PEG-silane layer from ITO microelectrodes allowed for cell adhesion to take place in a spatially defined fashion, with cellular patterns corresponding closely to electrode patterns.  Micropatterning of several cell types was demonstrated on these substrates.   In the future, the control of the biointerfacial properties afforded by this method will allow to engineer cellular microenvironments through the assembly of three or more cell types into a precise geometric configuration on an optically transparent substrate.

Non-fouling PEG silane monolayer was desorbed from individually addressable ITO electrodes on glass by application of a reductive potential. Electrochemical stripping of PEG-silane layer from ITO microelectrodes allowed for cell adhesion to take place in a spatially defined fashion, with cellular patterns corresponding closely to electrode patterns.

광학 투명 인듐 틴 산화물 전극에 Patterning 셀

The ability to exercise precise spatial and temporal control over cell-surface interactions is an important prerequisite to the assembly of multi-cellular ...

생물학

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

나노 광학 컨베이어 벨트의 제작 및 운영

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain central aspects of cellular physiology. To easily combine cell patterning with Multi-Electrode Arrays (MEAs) and silicon-based &#8216;lab on a chip&#8217; technologies, a microfabrication-compatible protocol is required. We describe a method that utilizes deposition of the polymer parylene-C on SiO2&#160;wafers. Photolithography enables accurate and reliable patterning of parylene-C at micron-level resolution. Subsequent activation by immersion in fetal bovine serum (or another specific activation solution) results in a substrate in which cultured cells adhere to, or are repulsed by, parylene or SiO2 regions respectively. This technique has allowed patterning of a broad range of cell types (including primary murine hippocampal cells, HEK 293 cell line, human neuron-like teratocarcinoma cell line, primary murine cerebellar granule cells, and primary human glioma-derived stem-like cells). Interestingly, however, the platform is not universal; reflecting the importance of cell-specific adhesion molecules. This cell patterning process is cost effective, reliable, and importantly can be incorporated into standard microfabrication (chip manufacturing) protocols, paving the way for integration of microelectronic technology.

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

This protocol describes a microfabrication-compatible method for cell patterning on SiO2. A predefined parylene-C design is photolithographically printed on SiO2 wafers. Following incubation with serum (or other activation solution) cells adhere specifically to (and grow according to the conformity of) underlying parylene-C, whilst being repulsed by SiO2 regions.

포토 리소그래피 정의 파릴 렌-C에 대한 세포 패터닝 : 그런가<sub&gt; 2</sub&gt; 기판

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain ...

생체공학

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.

펨토초 레이저에 의한 절제를 사용하여 나노 섬유에 1-D 광자 크리스탈 캐비티의 제작

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

Characterization of SiN Integrated Optical Phased Arrays on a Wafer-Scale Test Station

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for moving mechanical parts. This technology is particularly useful for beam steering applications. Here, we focus on OPAs integrated into SiN photonic circuits for a wavelength in the near infrared. A characterization method of such circuits is presented, which allows the output beam of integrated OPAs to be shaped and steered. Furthermore, using a wafer-scale characterization setup, several devices can easily be tested across multiple dies on a wafer. In this way, fabrication variations can be studied, and high-performance devices identified. Typical images of OPA beams are shown, including beams emitted from OPAs with and without a uniform waveguide length, and with varying numbers of channels. In addition, the evolution of output beams during the phase optimization process and beam steering in two dimensions is presented. Finally, a study of the variation in the beam divergence of identical devices is performed with respect to their position on the wafer.

Here, we describe the operation of a SiN integrated photonic circuit containing optical phased arrays. The circuits are used to emit low divergence laser beams in the near infrared and steer them in two dimensions.

웨이퍼 스케일 테스트 스테이션에서 SiN 통합 광학 위상 어레이의 특성화

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for ...

Rapid Repetition Rate Fluctuation Measurement of Soliton Crystals in a Microresonator

Temporal solitons have attracted great interest in the past decades for their behavior in a steady state, where the dispersion is balanced by the nonlinearity in a propagation Kerr medium. The development of dissipative Kerr solitons (DKSs) in high-Q microcavities drives a novel, compact, chip-scale soliton source. When DKSs serve as femtosecond pulses, the repetition rate fluctuation can be applied to ultrahigh precision metrology, high-speed optical sampling, and optical clocks, etc. In this paper, the rapid repetition rate fluctuation of soliton crystals (SCs), a special state of DKSs where particle-like solitons are tightly packed and fully occupy a resonator, is measured based on the well-known delayed self-heterodyne method. The SCs are generated using a thermal-controlled method. The pump is a frequency fixed laser with a linewidth of 100 Hz. The integral time in frequency fluctuation measurements is controlled by the length of the delay fiber. For a SC with a single vacancy, the repetition rate fluctuations are ~53.24 Hz within 10 &#181;s and ~509.32 Hz within 125 &#181;s, respectively.

Here, we present a protocol to generate soliton crystals in a butterfly-packaged micro-ring resonator using a thermal tuned method. Further, the repetition rate fluctuations of a soliton crystal with a single vacancy are measured using a delayed self-heterodyne method.

마이크로레소네이터에서 솔리톤 크리스탈의 신속한 반복 속도 변동 측정

Temporal solitons have attracted great interest in the past decades for their behavior in a steady state, where the dispersion is balanced by the ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as multiplex assays, enzyme evolution, and molecular biology enhanced cell sorting require the detection of two or more colors of fluorescence. Standard multicolor detection systems that couple free space lasers to epifluorescence microscopes are bulky, expensive, and difficult to maintain. In this paper, we describe a scheme to perform multicolor detection by exciting discrete regions of a microfluidic channel with lasers coupled to optical fibers. Emitted light is collected by an optical fiber coupled to a single photodetector. Because the excitation occurs at different spatial locations, the identity of emitted light can be encoded as a temporal shift, eliminating the need for more complicated light filtering schemes. The system has been used to detect droplet populations containing four unique combinations of dyes and to detect sub-nanomolar concentrations of fluorescein.

Multicolor fluorescence detection in droplet microfluidics typically involves bulky and complex epifluorescence microscope-based detection systems. Here we describe a compact and modular multicolor detection scheme that utilizes an array of optical fibers to temporally encode multicolor data collected by a single photodetector.

물방울 미세 유체에 대한 여러 가지 빛깔의 형광 검출 광학 섬유를 사용하여

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

광학 가포 전환을 통해 패터닝 - 제조 및 특성

요약

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