Esta pesquisa foi realizada no laboratório nacional Noroeste Pacífico (PNNL), que é operado pelo Battelle Memorial Institute para o departamento de energia (DOE) sob o n º do contrato DE-AC05-76RL01830. Os autores reconhecem com gratidão apoio do departamento de estado dos EUA, através do fundo de ativos de verificação chave (V fundo) sob SIAA15AVCVPO10 de acordo interinstitucional.

1. preparação de material <ol><li>coloque vários wafers de silício de 2 pol. em um portador de quartzo para limpeza e carregar os wafers de silício para o sistema de condicionamento de plasma. Bomba a câmara de vácuo para baixo até que ele atinja pelo menos 75 mTorr. Isto pode levar alguns minutos.</li>
	<li>Começar o fluxo de gás de O 2 (30 sccm) e permitir que a pressão estabilizar. Defina o tempo de gravar a 15 min. Uma vez que a pressão da câmara se estabilizou iniciar plasma radiofrequência (RF) 13,56 MHz 250 W. 
	Nota: Este passo limpa os wafers de silício de qualquer orgânica contamina e functionalizes a superfície com hidroxilados (-OH) partes, assegurando assim uma superfície hidrofílica.</li>
	<li>Enquanto espera para a limpeza de plasma passo para finalizar, retire as adquiridos comercialmente nanoesferas de poliestireno (170 nm de diâmetro, 10% de sólidos, 0,5% de sódio Dodecil sulfato) da geladeira (4 ° C). Permitir que o contêiner aquecer a temperatura ambiente.</li>
	<li>Brevemente vórtice (1 min) e proceda à sonicação (35 kHz, 1 min), as poliestireno nanoesferas para minimizar a aglomeração nanosphere.</li>
	<li>Dentro de um frasco de vidro limpo, medir 1,0 mL das nanoesferas de poliestireno 170 nm e adicionar 1,0 mL de H 2 O para obter uma suspensão coloidal de 5% de sólidos.</li>
	<li>Depois de 15 min, interromper o fluxo de O 2, ventilar a câmara de vácuo e retire as bolachas recém limpas.</li>
</ol> 2. Rotação-revestimento de poliestireno nanoesferas modelo <ol><li>descarregar o silício limpo bolachas do gravador de plasma. Em seguida, monte um wafer de 2 pol. para o spin-revestidor. Certifique-se de que está bem centrada e que o-Ring está livre de quaisquer detritos. Iniciar o aspirador e certifique-se de que a hóstia está bem presa ao palco.</li>
	<li>Definir os parâmetros de rotação de camada a rotação. Esses parâmetros variam com base no tamanho nanosphere. Para uma solução de 5% 170 nm nanoesferas, definir a rotação-aplicador para um processo de 1 passo com um tempo de 1 min, uma velocidade de 3.000 rpm e uma aceleração de 2.000 rpm/s.</li>
	<li>Usando uma seringa descartável, retirar ~ 1 mL de suspensão coloidal do frasco. Reserve o frasco. Pegue um filtro de seringa 5 µm e coloque-o na extremidade da seringa. Pressione a seringa até que uma gota de suspensão limpa a ponta. O filtro remove indesejáveis agregados e partículas que pode reduzir significativamente a qualidade do filme.</li>
	<li>Depósito suficiente suspensão diretamente no centro do wafer tal que aproximadamente 2/3 da superfície é coberta. Tente minimizar bolhas porque aqueles podem afetar a qualidade do filme. Feche a tampa do aplicador de rotação e pressione Iniciar. Durante esse processo, é possível ver os efeitos de interferência de película fina na superfície do wafer como as nanoesferas auto-montagem. Isso irá variar com base no diâmetro nanosphere.</li>
	<li>Remover a bolacha revestido de rotação depois de desactivar o vácuo. Limpe a bacia e a tampa da rotação-aplicador para remover o excesso nanoesferas.</li>
</ol> 3. Avaliação da qualidade e preparação para a gravura de cinema <ol><li>visualmente para avaliar a qualidade do filme Self montado pela procura de defeitos visíveis como listras ou furos que podem ter sido causados por partículas durante o processo de rotação-revestimento.</li>
	<li>Para avaliar a qualidade do filme, colocando a bolacha debaixo de um microscópio óptico. Limites de grão e alguns defeitos são normais. Se a bolacha tem grandes áreas sem revestimento ou multicamadas óbvias, é necessário ajustar os parâmetros de rotação para obter um filme mais uniforme. Microscopia eletrônica também pode ser utilizada para avaliar a qualidade do filme.</li>
	<li>Ligar a fonte de luz para o microscópio e o foco para a superfície da bolacha de silício usando um objectivo X 20. Avaliar a qualidade em vários pontos durante todo o wafer de garantir uniformidade.</li>
	<li>a qualidade do filme final verificar é a utilização de microscopia eletrônica de varredura (SEM) para visualizar o nanosphere auto-montagem em nanoescala. É possível avaliar o grau de multicamadas, buracos e limites de grão/defeitos em pequenas porções de wafer relativamente rapidamente usando esta técnica.</li>
	<li>, Uma vez que se obteve um filme suficiente, coloque a bolacha dentro de um forno (107 ° C) por 2 min recozer as nanoesferas Self montadas. Isso ajuda a incentivar a adesão ao substrato e produz uma superfície de nanopatterned melhor após condicionamento.</li>
</ol> 4. Gravura, deposição de Metal e caracterização óptica <ol><li>carregar o wafer recozido para o gravador de plasma e iniciar a bomba abaixo processo.</li>
	<li>, Uma vez que a câmara de vácuo atinge pelo menos 75 mTorr, começar o fluxo de gás de O 2 (20 sccm) e aguarde a pressão estabilizar. Iniciar o plasma RF (75 W) para 165 s.</li>
	<li>Quando estiver concluído o ciclo de plasma RF, interromper o fluxo de O 2 e a câmara de ventilação.</li>
	<li>o substrato está gravada e pronta para a deposição de metal. Transporte da amostra para um sputter coater e depositar uma fina (20 nm) camada de ouro. Variando de ângulos de deposição pode ser usado para alterar as propriedades ópticas do nanocups. Neste caso, a deposição de metais normalmente incidente ao substrato foi realizada.</li>
	<li>Após a deposição de metais, o substrato pode ser caracterizado usando espectroscopia óptica. Concentre-se a microspectrophotometer sobre a superfície do substrato metalizado e medir os espectros de reflectância. Para 170 nm gravado nanosphere matrizes, o LECC foi no 615 nm.</li>
	<li>Usando fita de adesivo sensível à pressão, coloque delicadamente o filme em contacto com o substrato. Pode ser necessário remover quaisquer bolhas de ar que se formou na interface usando uma pinça.</li>
	<li>, Uma vez que a fita está em contacto com o substrato, a fita pode ser imediatamente descascada para remover o nanocups da superfície do substrato. Delicadamente a casca volta a fita e o resultado é uma película flexível e conformal de ouro 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>

Os autores não têm nada para divulgar.

Este protocolo demonstra uma técnica eficiente e de baixo custo para a fabricação de matrizes periódicas de plasmônico nanocups ouro. Esta técnica é particularmente vantajosa porque evita série descendente processos tais como litografia de feixe de elétrons ou feixe de íon focalizado de trituração. A técnica apresentada mostra que nanoesferas poliméricas comercialmente disponíveis podem ser montadas self de uma maneira simples para servir como um modelo de tamanho nano para processamento adicional.
Modificações e solução de problemas:
Se a qualidade do filme é pobre, pode ser necessário para pré-filtrar a solução nanosphere. Aqui, usamos um filtro de seringa 5 µm, mas pode ser vantajoso usar filtros seringa até 0,22 µm, dependendo do diâmetro nanosphere. O processo de gravação pode ser ajustado para obter a resposta desejada de óptica. A qualidade do etch deve ser avaliada usando SEM assegurar não tocar e uniformemente espaçadas nanoesferas poliméricas. Uma vez que os parâmetros do etch foram estabelecidos para um determinado sistema, é possível fabricar reproducibly vários discos (wafers), em um lote com ressonâncias de plasmon semelhante. Deposição de metais em diferentes ângulos irá sintonizar anisotrópica propriedades óticas do nanocup.
Passos críticos:
As nanoesferas devem ser devidamente armazenadas e manipuladas para conseguir os filmes de alta qualidade. Permita as nanoesferas aquecer a temperatura ambiente e brevemente seguido por sonication para ajudar a garantir monodisperso nanoesferas de vórtice. O substrato de silício deve ser plasma limpos e utilizados imediatamente para assegurar uma superfície altamente hidrofílica. Finalmente, o filme Self montado deve ambos ser inspecionado pelo olho, bem como através de microscopia óptica. Defeitos mínimos devem ser observados, caso contrário, será necessário adaptar as condições de rotação.
Limitações:
Esta é uma técnica altamente escalável, mas ele tem várias limitações que devem ser mantidas em mente. O processo Self-assembly é excelente em produzir grandes matrizes de nanoesferas, mas é um desafio para fabricar nanoestruturas com anisotropia tridimensional. Nanoestruturas complexas são melhor fabricadas por litografia de feixe de elétrons ou feixe de íon focalizado de trituração. Essas nanoestruturas, no entanto, não se adapta bem e são extremamente caras fabricar.
Em geral, este protocolo demonstra como fabricar filmes nanoplasmonic. Nanoplasmonic filmes têm uma variedade de aplicações em áreas como materiais de óptica não-linear7, energia fotovoltaica12e luz emitindo diodos13.

O surgimento de plasmonics em conjunto com técnicas de síntese e nanofabricação melhorada ter trazido sobre uma ampla variedade de tecnologias excitantes tais como sub difração limitada os circuitos, detecção avançada de química ede sensoriamento óptico 1 ,2,3. Neste protocolo, demonstramos uma técnica escalável e de custo relativamente baixo capaz de fabricar nanopatterned plasmônico substratos usando nanoesferas poliméricas comercialmente disponíveis e uma etapa de condicionamento seguido por deposição de metal. Ao contrário de outras técnicas para fabricar nanopatterned de substratos, tais como o elétron feixe litografia4, esta técnica pode rapidamente e eficientemente ser escalada para wafers de 300 mm e além, com o mínimo de esforço e usos uma transferência passo para produzir flexível e conformal filmes5.
Desde a época romana, sabemos que certos metais como ouro e prata podem ter propriedades óticas brilhantes quando são finamente divididos. Hoje, entendemos que estas partículas metálicas apresentam um efeito chamado "ressonância de plasmon de superfície localizada" (LECC), quando suas dimensões se aproxima à escala nanométrica. LECC é análogo a uma onda estacionária, na qual elétrons fracamente ligados, encontrados no metal coerentemente oscilam quando a luz de determinadas frequências ilumina as partículas de metal. Nanoestruturas anisotrópicas são de particular interesse porque ressonâncias ópticas exclusivas podem surgir como resultado de6,7,8da simetria.
A iluminação de estruturas (nanocup) meia-concha com luz pode excitar modos de plasmon de dipolo magnético, dependendo de fatores como o ângulo de deposição do metal, a orientação do substrato em relação a luz incidente, ou dipolo elétrico e a polarização da luz incidente9. Nanocups muitas vezes têm sido considerados análogos ao tridimensionais ressonadores-split-anel, no qual a frequência de ressonância pode aproximadas como um oscilador LC10,11. A frequência de ressonância para o tamanho de nanoesferas poliméricas usados aqui (170 nm), a quantidade de ouro depositado (20 nm), e as taxas de ataque ácido produzem frequências de ressonância, abrangendo o visível e próximo-ir
As propriedades ópticas de nanocups o ouro podem ser medidas em transmissão ou reflexão, dependendo do substrato utilizado para o revestimento de rotação. O protocolo apresentado, escolhemos usar wafers de silício de 2 pol. como substrato e executar medidas de refletância depois da deposição de metal. As medições foram realizadas utilizando um microscópio acoplado a um espectrômetro dispersivo com uma fonte de luz halógena. Também tivemos sucesso com o uso de substratos de vidro, permitindo a transmissão e reflexão medições imediatamente após a deposição de metal. Além disso, esta técnica pode ser facilmente dimensionada e não está limitada a bolachas de 2 pol.. Devido à ampla comercial disponibilidade de nanoesferas poliméricas monodisperso de alta qualidade, é simples para ajustar as propriedades ópticas dessas estruturas, simplesmente iniciando com nanoesferas de diferente tamanhos.
Neste protocolo, uma técnica para fabricar anisotrópico ouro meia-concha (ou nanocup), usando um método chamado litografia coloidal de nanoestruturas é demonstrada. Coloidal litografia usa auto-montagem de altamente monodisperso nanosphere poliméricos para rapidamente padrão de um substrato que pode ser subsequentemente transformado em um substrato plasmônico depois por pulverização catódica, revestimento com uma camada fina de ouro. Da mesma forma, é possível ajustar a anisotropia do substrato pela inclinação do substrato de amostra durante a deposição de metal. As estruturas resultantes são sensíveis à polarização devido a anisotropia do nanostructure formado. Aqui, demonstramos um particular caso e realizar caracterização óptica e decolagem para transferir as estruturas para uma película transparente, flexível.

<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

Nos últimos anos, o campo de plasmonics explodiu como pesquisadores demonstraram excitantes aplicações relacionadas com a química e a óptica sensoriamento em combinação com novas técnicas de nanofabricação. Um plasmon é um quantum de oscilação de densidade de carga que empresta a nanoescala metais como ouro e prata exclusivos propriedades óticas. Em particular, nanopartículas de ouro e prata apresentam oscilações de densidade de carga de ressonâncias-coletivo de plasmon de superfície localizadas na superfície de nanopartículas-ao espectro visível. Aqui, focalizamos a fabricação de matrizes periódicas de nanoestruturas plasmônico anisotrópicas. Estas estruturas meia-concha (ou nanocup) podem exibir adicional única luz de flexão e dependente da polarização propriedades ópticas que nanoestruturas isotrópica simples não podem. Os pesquisadores estão interessados na fabricação de matrizes periódicas de nanocups para uma ampla variedade de aplicações, tais como aparelhos ópticos de baixo custo, superfície-enhanced Raman dispersando e indicação da calcadeira. Apresentamos uma técnica escalável baseada em litografia coloidal, em que é possível fabricar facilmente grandes matrizes periódicas de nanocups usando a rotação-revestimento e auto montada nanoesferas poliméricas comercialmente disponíveis. Microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia ótica do visível ao infravermelho (infravermelho próximo) foi realizada para confirmar o sucesso nanocup fabricação. Concluímos com uma demonstração da transferência de nanocups para uma película adesiva flexível, conformal.

Nanocups de ouro foram preparadas usando 170 nm de diâmetro nanoesferas poliestireno. Após recozimento por 2 min a 107 ° C e gravura com um 75 W, 20 sccm O2 plasma para 165 s, o filme resultante foi caracterizado usando SEM (Figura 1). Para avaliar a qualidade do filme girar-fundido, óptica microscopia-além de inspeção visual-maio ser usado (Figura 2). Filmes de alta qualidade devem ser essencialmente livres de defeitos. Limites de grão são tipicamente observados mesmo em filmes de alta qualidade, mas com cuidadosa atenção aos detalhes, é possível eliminar quase ponto de defeitos. Deposição de 20 nm de ouro usando revestimento por pulverização catódica resultou em um filme de plasmonically-ativo e caracterizou-se usando espectroscopia de reflectância óptica (Figura 3). O filme plasmônico foi transferido do substrato de silício rígida para um filme flexível, usando a fita adesiva de comumente disponível. A fita foi colocada em contacto com o filme plasmonically-ativo e poderão aderir ao filme por 1 min. A fita então foi gentilmente retirada o substrato, resultando em uma transferência de nanocups o ouro para o filme (Figura 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig1.jpg"> 
Figura 1 : Representante de varredura electron micrografias de nanostructures auto-montados fabricados usando uma litografia coloidal. (um) Self-assembled monolayer de uma típica matriz de poliestireno nanoesferas antes gravura, (b) periodicamente espaçados nanoesferas poliestireno após recozimento e decapagem (75 W, 20 sccm O2 para 165 s) e (c) periodicamente espaçados ouro nanocups com 20 nm de ouro (Au) depositado em uma incidência normal no que diz respeito ao substrato. Barra de escala: 100 nm. Ampliação: 100 kX. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig2.jpg"> 
Figura 2 : Microscopia óptica de filmes Self montados para avaliar a qualidade de. (um) filme com monocamada de boa cobertura e mínimos defeitos. Limites de grão são observados com furos e defeitos mínimos. (b) filme composto por regiões monocamada e multicamadas. (c) filme com defeitos principais e cobertura incompleta monocamada. Barra de escala: 20 µm. ampliação: 20 X. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig3.jpg"> 
Figura 3 : Caracterização de reflectância óptica da matriz fabricada de ouro nanocup. Espectros de reflectância óptica mostrando uma forte ressonância plasmônico no ~ 615 nm. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56204/56204fig4.jpg"> 
Figura 4 : Resultante de filme flexível, transparente após peeling de ouro nanocups de bolacha sacrificial do silício (Si). (a) esquema do procedimento de decolagem. (b) imagem de óptica do filme pelado. (c) fotografia focada passado o filme para demonstrar a transparência. (d) transmissão óptica representante espectros de um filme após a decolagem. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56204/56204fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Demonstramos a fabricação de matrizes de periódicos nanocup ouro usando técnicas litográficas coloidais e discutir a importância dos filmes nanoplasmonic.

Fabricação de matrizes de periódicos Nanocup ouro usando litografia coloidal

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 visualizações.  Energy and Environment Directorate. Demonstramos a fabricação de matrizes de periódicos nanocup ouro usando técnicas litográficas coloidais e discutir a importância dos filmes nanoplasmonic.

Vídeo: 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 de Geração de Micro e submicrométricas-padrões sobre substratos poliméricos

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

Engenharia

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.

Fabricação de óxidos complexos espacialmente confinados

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.

Fabricação e Teste de microfluídicos optomechanical osciladores

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 rastreável Fabrication Nanostructure

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

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

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

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

Fabrication indireta de Malha Metals com cortes finos Usando Fundição

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.

Fabricação e caracterização de supercondutores Resonators

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

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

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

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

Coloidal Síntese de nanopatch Antenas para aplicações em plasmônica e 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 ...

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.

Uso de sacrificiais nanopartículas para eliminar os efeitos do Plano de ruído em contato Buracos fabricada por E-beam litografia

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.

Fabricação de 1-D cristal fotônico cavidade em um nanofibras com ablação induzida por laser femtosegundo

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.

Fabricação de filmes de cor ultra-fino com altamente absorvente Media usando ângulo oblíquo deposição

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