이 연구에는 평화로운 북 서 국립 연구소 (PNNL), Battelle 기념탑 학회 운영에 대 한 학과의 에너지 (DOE) 계약 번호에서 수행 되었다 드-AC05-76RL01830입니다. 저자는 기꺼이 부처간 계약 SIAA15AVCVPO10 아래의 키 확인 자산 펀드 (V 기금)를 통해 미 국무부의 지원을 인정 한다.

1. 재료 준비 <ol><li>청소를 위해 석 영 캐리어에 여러 2 인치 실리콘 웨이퍼를 배치 하 고 플라즈마 에칭 시스템에 실리콘 웨이퍼를 로드. 적어도 75 mTorr 도달할 때까지 아래로 진공 챔버를 펌프. 이 분 정도 걸릴 수 있습니다.</li>
	<li>O 2 (30 sccm) 가스의 흐름을 시작 하 고 안정 압력 허용. 15 분을 식 각 시간을 설정 합니다. 챔버 압력 안정화는 일단 시작 고주파 (RF) 13.56 m h z 250 W 플라즈마. 
	참고:이 단계는 어떤 유기의 실리콘 웨이퍼를 청소 오염 및 functionalizes는 표면으로 hydroxylated (-오) 친수성 표면 보장 하는 moieties.</li>
	<li>대기 플라즈마 청소 완료 단계 동안 냉장고 (4 ° C)에서 상업적으로 구입한 폴리스 티 렌 나노 (170 nm 직경, 10% 고체, 0.5% 나트륨 라우릴 황산 염)을 제거 합니다. 실내 온도를 따뜻하게 컨테이너 허용.</li>
	<li>짧게 (1 분)와 동 sonicate (35 kHz, 1 분) 나노 응집을 최소화 하기 위해 폴리스 티 렌 나노와.</li>
	<li>깨끗 한 유리 유리병에 170 nm 폴리스 티 렌 나노의 1.0 mL를 측정 하 고 H 2 O를 5% 고체 콜 로이드 현 탁 액 1.0 mL를 추가.</li>
	<li>15 분 후 O 2의 흐름을 중지, 진공 챔버, 환기 하 고 갓 청소 웨이퍼 제거.</li>
</ol> 2. 스핀-코팅의 폴리스 티 렌 나노 템플릿 <ol><li>언로드 청소 실리콘 웨이퍼는 플라즈마 에칭에서. 다음 스핀 coater에 2 인치 웨이퍼를 탑재 합니다. O-링은 모든 파편의 분명 제대로 중심으로 확인 합니다. 진공을 시작 하 고 웨이퍼 무대에 단단히 연결 되어 있는지 확인 하십시오.</li>
	<li>는 Spin coater의 스핀 매개 변수를 설정합니다. 이 매개 변수는 우선 크기에 따라 다릅니다. 5 %170 nm 나노 솔루션에 대 한 준비가 스핀 coater 스핀 시간 1 분, 3000 rpm의 속도 2000 rpm의 가속도의 1 단계 과정/s.</li>
	<li>철회 일회용 주사기를 사용 하 여, ~ 1 mL 유리병에서 콜 로이드 서 스 펜 션의. 유리병을 따로 설정 합니다. 5 µ m 주사기 필터 하 고 주사기의 끝에 그것을 배치. 될 때까지 현 탁 액의 물방울 팁 주사기를 우울. 필터 제거 바람직하지 않은 집계 하 고 미 립 자는 크게 영화 품질을 줄일 수 있습니다.</li>
	<li>표면의 약 2/3를 커버 하는 웨이퍼의 센터에 직접 충분 한 서 스 펜 션 입금. 그 영화 품질에 영향을 줄 수 있기 때문에 거품을 최소화 하십시오. Spin coater 뚜껑을 닫고 시작을 누릅니다. 이 과정 동안, 나노 자기 조립으로 웨이퍼의 표면에 박막의 간섭 효과 볼 수 수 있습니다. 이 나노 직경에 따라 달라 집니다.</li>
	<li>진공 비활성화 후 스핀 코팅 된 웨이퍼를 제거 합니다. 그릇과 뚜껑 제거 초과 나노 스핀 coater 닦아.</li>
</ol> 3. 영화 품질 평가 및 에칭에 대 한 준비 <ol><li>시각적으로 줄무늬 또는 스핀 코팅 과정에서 미 립 자에 의해 발생 되어 수 구멍 등 눈에 띄는 결함을 찾고 자기 조립 필름의 품질 평가.</li>
	<li>광학 현미경 웨이퍼를 배치 하 여 영화 품질을 평가 합니다. 결정 입자 경계 그리고 몇몇 결함은 정상입니다. 웨이퍼 큰 uncoated 지역 또는 명백한 다층 경우 더 균일 한 필름을 얻기 위해 스핀 매개 변수를 조정할 필요가 있다. 전자 현미경도 영화 품질을 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>20 X 목표를 사용 하 여 실리콘 웨이퍼의 표면에는 현미경와 광원 설정. 균일성을 보장 하기 위해 웨이퍼에 걸쳐 여러 장소에서 품질 평가.</li>
	<li>최종 필름 품질 체크는 나노를 시각화 하기 위해 스캐닝 전자 현미경 (SEM)을 사용 하는 자기 조립는 nanoscale에. 상대적으로 신속 하 게이 기술을 사용 하 여 웨이퍼의 작은 부분에 걸쳐 다층, 구멍, 및 곡물 경계/결함의 정도 평가 하는 것이 가능 하다.</li>
	<li>충분 한 영화를 얻은 일단 오븐 (107 ° C)에 2 분 anneal 자기 조립된 나노 웨이퍼를 놓습니다. 이 기판에 접착을 장려 하는 데 도움이 하 고 에칭 후 더 나은 nanopatterned 표면 생성.</li>
</ol> 4. 에칭, 금속 증 착, 및 광학 특성 <ol><li>플라즈마 에칭으로 단련 된 웨이퍼를 로드 하 고 시작 프로세스 펌프.</li>
	<li>진공 챔버에 도달 하면 적어도 75 mTorr, O 2 (20 sccm) 가스의 흐름을 시작 하 고 안정화 하는 압력에 대 한 기다립니다. 165에 대 한 RF 플라즈마 (75 W) 시작 s.</li>
	<li>RF 플라즈마 주기 완료 되 면 O 2의 흐름을 중지 하 고 챔버 환기.</li>
	<li>기판은 지금 에칭 하 고 준비 금속 증 착 이다. 스퍼터 coater 샘플을 전송 하 고 얇은 예금 (20 nm) 골드의 레이어. 증 착 각도 변화는 nanocups의 광학 속성을 변경 하려면 사용할 수 있습니다. 이 경우에, 금속 증 착 기판에 일반적으로 사건 수행 했다.</li>
	<li>금속 증 착, 후 기판의 특징 수 있습니다 광학 분광학을 사용 하 여. 금속을 입힌 기판의 표면에 microspectrophotometer 고 반사율 스펙트럼을 측정. 170 nm 에칭 나노 배열에 대 한는 LSPR 했다 615 nm.</li>
	<li>사용 압력에 민감한 접착 테이프, 부드럽게 기판 접촉 영화를 놓습니다. 그것은 형성 하는 핀셋을 사용 하 여 인터페이스에서 모든 기포를 제거 해야 할 수 있습니다.</li>
	<li>테이프는 기판에 접촉 되 면, 테이프 수 수 즉시 벗 겨는 nanocups 기판 표면에서 제거 하. 부드럽게 껍질 다시 테이프와 결과 금 nanocups의 유연 하 고 멀 영화.</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>

저자는 공개 없다.

이 프로토콜 plasmonic 골드 nanocups의 주기적인 배열을 날조를 위한 저비용 고 효율적인 기법을 보여 줍니다. 이 기술은 전자 빔 리소 그래피 등 집중 된 이온 살 직렬 하향식 과정을 피할 수 있기 때문에 특히 유리 하다 밀링. 발표 기술 상용 고분자 나노 자동 추가 처리를 위해 나노 크기의 서식 파일을 간단한 방식으로 조립 될 수 있다 보여줍니다.
수정 및 문제 해결:</stron...

하위 회절 제한 回, 향상 된 화학 탐지, 및 광학 감지1와 같은 다양 한 흥미로운 기술에 대 한 향상 된 nanofabrication 및 합성 기술을 함께 염료의 출현이 가져왔다 ,2,3. 이 프로토콜, 상용 고분자 나노 금속 증 착 다음 한 에칭 단계를 사용 하 여 nanopatterned plasmonic 기판 조립 수 있는 확장 가능 하 고 상대적으로 낮은 비용 기술을 보여 줍니다. Nanopatterned 기판, 전자 빔 리소 그래피4, 같은 날조를 위한 다른 기법과 달리이 기술을 신속 하 고 효율적으로 확장할 수 있습니다 300mm 웨이퍼를와 넘어 최소의 노력와 사용 하는 전송 단계 유연 생산 하 고 등각 영화5.
로마 시대부터 우리는 그들은 정밀 하 게 분할 된다 때 특정 금속 금색과 은색 같은 화려한 광학 속성을 가질 수 있습니다 알려져 있다. 오늘, 우리는 이러한 금속 입자 효과 "지역화 표면 플라스몬 공명" 라는 전시 이해 (LSPR) 그들의 크기는 nanoscale에 접근 하는 때. LSPR는 서 파를 약하게 바인딩된 전자 금속에서 진동 coherently 때 특정 주파수의 빛 조명 금속 입자를 유사 합니다. 이방성 nanostructures 독특한 광학 공명 대칭6,,78파괴의 결과로 나타날 수 있는 때문에 특히 관심이 있습니다.
반-쉘 (nanocup) 구조 빛의 조명 전기 쌍 극 자 또는 금속, 입사광, 관련 기판의 방향의 증 착 각도 등 요인에 따라 자기 쌍 극 자 플라스몬 모드 자극 수 그리고 사건 빛9양극 화가 고 Nanocups 3 차원 분할 링 공 진 기, 공명 주파수 수 LC 발진기10,11로 접근에 유사한 고려 종종 있다. 여기에 사용 되는 고분자 나노의 크기에 대 한 공 진 주파수 (170 nm), 기 탁 금 금액 (20 nm), etch 속도 얻을 보이는 스패닝 공명 주파수와 적외선 근처
전송 또는 반사, 스핀 코팅에 사용 되는 기판에 따라 금 nanocups의 광학 속성을 측정할 수 있습니다. 제시 프로토콜에서 우리 2 인치 실리콘 웨이퍼 기판으로 사용 하 여 금속 증 착 후 반사율 측정을 수행 하기로 했다. 측정은 현미경 분산 분 광 기를 결합 하는 할로겐 광원으로 사용 하 여 수행 했다. 우리는 또한 금속 증 착 직후 전송 및 반사 측정에 대 한 수 있도록 유리 기판를 사용 하 여 성공을 했다. 또한,이 기술은 쉽게 확장할 수 있습니다 그리고 2 인치 웨이퍼에 국한 되지 않습니다. 높은-품질 단 분산 고분자 나노의 넓은 상업적인 가용성은 단순히 다르게 크기의 나노로 시작 하 여 이러한 구조의 광학 속성을 조정 하는 간단.
이 프로토콜 이방성 반-셸 (또는 nanocup) 골드 nanostructures 콜 로이드 리소 그래피 라는 메서드를 사용 하 여 증명을 조작 하는 기술. 콜 로이드 리소 그래피 신속 하 게 처리할 수 있는 추가 plasmonic 기판에 스퍼터 황금의 얇은 층을 코팅 후 기판 패턴의 높은 단 분산 고분자 나노 자기 조립 사용 합니다. 마찬가지로, 기판의 이방성 샘플 기판 금속 증 착 하는 동안 기울이기로 조정 가능 하다. 결과 구조는 분극 구분 형성된 nanostructure의 이방성 때문에. 여기, 하나의 특정 설명 케이스 및 광학 특성 및 구조를 투명 하 고 유연한 필름을 전송 하는 이륙 수행.

<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

최근 몇 년 동안, 내 염료 분야 연구원은 화학 및 광학 감지 함께 새로운 nanofabrication 기법에 관련 된 흥미로운 응용 프로그램 증명으로 폭발 했다. 플라스몬 나노 금속 금과 독특한 광학 특성을 빌려주는 충전 밀도 진동의 양자 이다. 특히, 골드 및 실버 나노 입자는 보이는 스펙트럼에서 나노 입자의 표면에 지역화 된 표면 플라스몬 공명-집단 충전 밀도 진동 전시. 여기, 우리는 이방성 plasmonic nanostructures의 주기적인 배열 제작에 초점. 이러한 반-셸 (또는 nanocup) 구조 추가 독특한 빛 굽 힘 및 분극 의존 전시 수 있습니다 광학 속성을 간단한 등방성 nanostructures 수 없습니다. 연구원은 다양 한 저가 광학 장치, 표면 강화 라만 같은 응용 프로그램에 대 한 nanocups의 주기적인 배열 제작에 관심이 비 산, 그리고 표시를 조작. 우리는 콜 로이드 리소 그래피는 스핀 코팅을 사용 하 여 nanocups의 큰 주기적 배열을 쉽게 날조 하 고 상용 고분자 나노 자기 조립에 따라 확장 가능한 기법 제시. 전자 현미경과 광학 분광학 적외선 근처 (근처-적외선)를 볼 수에서 성공적인 nanocup 제조 확인 위해 수행 되었습니다. 우리는 유연 하 고, 등각 접착 필름 nanocups의 전송의 데모와 결론.

골드 nanocups 170 nm 직경 폴리스 티 렌 나노를 사용 하 여 준비 되었다. 107 ° C에서 2 분 동안 어 닐 링 및 165 대 75 W, 20 sccm O2 플라즈마 에칭 후 s, 결과 영화는 SEM (그림 1)를 사용 하 여 특징 이었다. 스핀-casted 영화의 품질을 평가, 시각적 검사-5 월에 광학 현미경 검사 법에 추가 될 사용 (그림 2). 높은-품질 영화 본질적으로 ?...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography at JoVE.com

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

우리는 콜 로이드 석판 기법을 사용 하 여 정기적 금 nanocup 배열의 제조를 설명 하 고 nanoplasmonic 영화의 중요성을 논의.

콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 Nanocup 배열의 제작

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

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K 조회수.  Energy and Environment Directorate. 우리는 콜 로이드 석판 기법을 사용 하 여 정기적 금 nanocup 배열의 제조를 설명 하 고 nanoplasmonic 영화의 중요성을 논의.

비디오: 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.

마이크로 및 Submicron 패턴 폴리머 기판을 생성하기위한 리소그래피를 Micropunching

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

연구

공학

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.

공간적으로 밀폐 복합 산화물의 제조

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.

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 ...

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.

원자 추적 가능한 나노 구조 제작

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.

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.

초전도 공진기의 제조 및 특성

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.

플라즈몬과 나노 포토닉스의 응용 프로그램에 대한 Nanopatch 안테나의 콜로이드 합성

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.

희생 나노 입자의 사용은 E-빔 리소그래피에 의해 제조 연락 홀에서 샷 노이즈의 영향을 제거하는 방법

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.

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 ...

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.

기울기 각도 증 착을 사용 하 여 미디어를 흡수 하는 높은 가진 매우 얇은 필름의 제조

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