Изготовление нанометрических зазоров по Nanoskiving
Summary
Изготовление электрически адресно, высокое удлинение (> 1000:1) металлические нанопроволоки разделенные интервалами одного нанометра, используя либо жертвенных слоев алюминия и серебра или самоорганизующихся монослоев в качестве шаблонов описана. Эти нанометрических зазоров структуры изготавливаются без чистой комнаты или любой фотографии или электронно-лучевым литографических процессов форма края литографии известного как nanoskiving.
Abstract
Есть несколько способов изготовления нанометрических зазоров с контролируемым расстояния, но точный контроль над субнанометровым расстояние между двумя электродами и их генерации в практических количествах-прежнему сложным. Подготовка нанометрических зазоров электродов использованием nanoskiving, которая является одной из форм краю литография, это быстрый, простой и мощный метод. Этот способ полностью механический процесс, который не включает в себя фото-или электронно-лучевой литографии и шаги не требует специального оборудования или инфраструктуры, такой как чистые номера. Nanoskiving используется для изготовления электрически адресуемого нанометрических зазоров с контролем всех трех измерениях; наименьший размер этих структур определяется толщина удаляемого слоя (Al или Ag) или самоорганизующихся монослоев. Эти провода можно вручную позиционируется транспортировки их на капли воды и непосредственно электрически адресацией; не дальше, литографии не требуется подключить их кэлектрометра.
Introduction
Эта статья описывает изготовление электрически адресно, высокое удлинение нанопроводов золота разделенные интервалами одного нанометра использованием вакуумного хранения алюминия и серебра как жертвенный прослоек для шва> 5 нм и самоорганизующихся монослоев (ЗРК) из alkanedithiols для зазоров размером до 1,7 нм. Мы изготовлены эти наноструктуры без чистой комнаты или любой фотолитографическая процессов путем разделения на секции сэндвич-структуры золото, разделенных жертвенный прокладка использованием ультрамикротоме, форма кромки литографии известный как nanoskiving. 1-3 Данный способ представляет собой комбинацию осаждения тонких металлических фильмы и секционирования использованием ультрамикротоме. Основным шагом в nanoskiving нарезка тонких срезов с ультрамикротоме оснащен алмазного ножа, который прикреплен к лодке, полной воды для производства плит, тонкие, как ~ 30 нм. Ультрамикротомов широко используются для получения тонких образцов для изображений с оптическим или выбратьРон микроскопии и многие из наиболее опыт практиков ultramicrotomy приходят из биологического или медицинского образования. Есть несколько способов изготовления нанометрических зазоров, включая механические соединения перерыва, 4 электронно-лучевой литографии 5, электрохимических покрытий, 6, 7 электромиграцию, 8 целенаправленной лучевой литографии ионная, 9 тени испарения, 10 сканирующей зондовой и атомно-силовой микроскопии, 11 на-проводной литографии , 12 и молекулярной правителей. 13 Все эти методы имеют свои особенности и приложений, но производство и решении нанометрических зазоров как в Полезные телефоны с точным контролем над размерами разрыв остается проблемой. Кроме того, эти методы имеют высокие эксплуатационные расходы, они ограничены к классу материалов, которые могут выживать травления и ограничены в разрешение. Nanoskiving позволяет быстро изготовлении электрически адресацией нанопроволок spacinGS одного нанометра на настольные. Мы заинтересованы в быстрое прототипирование наноструктур для молекулярной электроники, для которых нано-электродов изготовлены не требуют специализированных или трудоемких методов; 14 раз в блок выполнен, он может производить сотни тысяч наноструктур (серийно) на спроса. Однако, этот метод не ограничивается SAMs или молекулярной электроники и является общим способом получения зазор между двумя наноструктур. В данной работе использовать серебро, алюминий и ЗРК как временные слои, чтобы произвести зазоров различных размеров между золотом нанопроводов, но эта методика не ограничивается этими материалами (или в металлической нанопроволоки). Провода пик-н-место и совместимы с магнитным выравниванием, таким образом, они могут быть размещены на произвольных подложках. 15 Другой сильной nanoskiving том, что она позволяет контролировать всех трех измерениях. Размеры образцов определяются топографию подложки (X)толщины осажденной пленки (Y) и толщины сляба производства ультрамикротоме (Z). 1 приведена процедура, используемая для получения нанопроводов с определенным интервалом. Золото функций (1-2 мм в длину) оседают на испарение через маску тефлон на кремниевую подложку. Epofix (электронная микроскопия наук) эпоксидных форполимера выливают на всей пластине, охватывающий золото особенностей, когда эпоксидная смола затвердеет, эпоксидные отделена от пластины (т.е. через шаблон зачистки), золото особенности остаются приклеен к эпоксидной . Для металлических временные слои, алюминий или серебро выпаривали с желаемой толщины через маску тефлон со смещением 200 – 500 мкм на золото особенности. Для получения суб-5 пробелов нм SAM образуется путем погружения золото функций в 1 мМ этанольным раствором соответствующего дитиола ночь. Второй набор золото (или другого металла) осаждают путем размещения маски тефлон теньпервый слой золота функций (покрытый серебро, алюминий или SAM) со смещением 200 – 500 мкм по отношению к первому испарения. Это смещение будет в конечном итоге определить длинный размер зазора, и она может быть точно измерено с помощью микро-линейки до встраивания всей структуры в эпоксидных для секционирования. Затем вся конструкция встроена в блок эпоксидной которая затем может быть готова для секционирования с ультрамикротоме. Образец рукой удерживает подготовленной блок, как нож алмаз продвигается к его контролируемом шагов, которые определяют толщину плиты. Полученное раздел плавает на воде в лодке.
Protocol
Representative Results
Discussion
В данной работе мы показали, изготовление конструкций с использованием нанометрических зазоров nanoskiving. Это экспериментально простой способ делает возможным получение наноструктур в размере около одного второго, с контролем всех трех измерениях. Разрыв размер определяется путем вклю…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа является частью совместной программы по солнечной энергии (JSP) из Hyet Солнечная и Stichting Вур Fundamenteel Onderzoek дер Materie FOM, которая является частью Нидерландская организация по научным исследованиям (NWO).
Materials
| Reagent/Material | |||
| Epofix epoxy resin | Electron Microscopy | 1232 | |
| Sciences | |||
| Gold | Schone Edelmetaal B.V | ||
| Aluminum | Umicore Materials AG | ||
| Silver | Umicore Materials AG | ||
| (tridecafluoro-1,1,2,2, | ABCR GmbH co.KG | 78560-45-9 | |
| -tetrahydrooctyl) | |||
| trichlorosilane | |||
| ,12-dodecanedithiol | Home-synthesised | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| ,14-tetradecanedithiol | synthesized in house | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| ,16-hexadecanedithiol | synthesized in house | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| Equipment | |||
| Thermal deposition system | home-built | ||
| Ultramicrotome | Leica Microsystems | ||
| Dimanod knife ultra 35 | Diatome | DU3540 | |
| Dimanod knife ultra 45 | Scimed GMBH | ||
| Scanning electron microscope | JOEL | ||
| Source meter | Keithley | ||
| Table 1. Tables of Specific Reagents and Equipment. |
References
- Lipomi, D. J., Martinez, R. V., Whitesides, G. M. Use of thin sectioning (nanoskiving) to fabricate nanostructures for electronic and optical applications. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (37), 8566-8583 (2011).
- Xu, Q., Rioux, R. M., Dickey, M. D., Whitesides, G. M. Nanoskiving: A new method to produce arrays of nanostructures. Acc. Chem. Res. 41 (12), 1566-1577 (2008).
- Xu, Q., Rioux, R. M., Whitesides, G. M. Fabrication of complex metallic nanostructures by nanoskiving. ACS Nano. 1 (3), 215-227 (2007).
- Reed, M. A., Zhou, C., Muller, C. J., Burgin, T. P., Tour, J. M. Conductance of a molecular junction. Science. 278 (5336), 252-254 (1997).
- Chen, W., Ahmed, H., Nakazoto, K. Coulomb blockade at 77 k in nanoscale metallic islands in a lateral nanostructure. Appl. Phys. Let. 66 (24), 3383-3384 (1995).
- Morpurgo, A. F., Marcus, C. M., Robinson, D. B. Controlled fabrication of metallic electrodes with atomic separation. Appl. Phys. Let. 74 (14), 2084-2086 (1999).
- Paska, Y., Haick, H. Systematic cross-linking changes within a self-assembled monolayer in a nanogap junction: A tool for investigating the intermolecular electronic coupling. J. Am. Chem. Soc. 132 (6), 1774-1775 (2010).
- Park, J., Pasupathy, A. N., Goldsmith, J. I., Chang, C., Yaish, Y., Petta, J. R., Rinkoski, M., Sethna, J. P., Abruna, H. D., McEuen, P. L., Ralph, D. C. Coulomb blockade and the kondo effect in single-atom transistors. Nature. 417 (6890), 722-725 (2002).
- Nagase, T., Kubota, T., Mashiko, S. Fabrication of nano-gap electrodes for measuring electrical properties of organic molecules using a focused ion beam. Thin Solid Films. 438-439, 374-377 (2003).
- Kubatkin, S., Danilov, A., Hjort, M., Cornil, J., Brédas, J. -. L., Stuhr-Hansen, N., Hedegård, P., Bjørnholm, T. Single-Electron Transistor of a Single Organic Molecule with Access to Several Redox States. Nature. 425 (6959), 698-701 (2003).
- Notargiacomo, A., Foglietti, V., Cianci, E., Capellini, G., Adami, M., Faraci, P., Evangelisti, F., Nicolini, C. Atomic force microscopy lithography as a nanodevice development technique. Nanotechnology. 10 (4), 458-463 (1999).
- Qin, L., Park, S., Huang, L., Mirkin, C. A. On-wire lithography. Science. 309 (5731), 113-115 (2005).
- Hatzor, A., Weiss, P. S. Molecular rulers for scaling down nanostructures. Science. 291 (5506), 1019-1020 (2001).
- Pourhossein, P., Chiechi, R. C. Directly addressable sub-3 nm gold nano-gaps fabricated by nanoskiving using self-assembled monolayers as templates. ACS Nano. 6, 5566-5573 (2012).
- Lipomi, D. J., Ilievski, F., Wiley, B. J., Deotare, P. B., Lončar, M., Whitesides, G. M. Integrated fabrication and magnetic positioning of metallic and polymeric nanowires embedded in thin epoxy slabs. ACS Nano. 3 (10), 3315-3325 (2009).
- Mays, R. L., Pourhossein, P., Savithri, D., Genzer, J., Chiechi, R. C., Dickey, M. D. Thiol-containing polymeric embedding materials for nanoskiving. Journal of Materials Chemistry C. , (2013).
- Thuo, M. M., Reus, W. F., Nijhuis, C. A., Barber, J. R., Kim, C., Schulz, M. D., Whitesides, G. M. Odd-even effects in charge transport across self-assembled monolayers. J. Am. Chem. Soc. 133 (9), 2962-2975 (2011).
- Song, H., Kim, Y., Jeong, H., Reed, M. A., Lee, T. Coherent Tunneling Transport in Molecular Junctions. J. Phys. Chem. C. 114 (48), 20431-20435 (2010).
- Wang, W. Y., Lee, T., Reed, M. A. Mechanism of Electron Conduction in Self-Assembled Alkanethiol Monolayer Devices. Phys. Rev. B. 68 (3), 035416 (2003).
- Weiss, E. A., Chiechi, R. C., Kaufman, G. K., Kriebel, J. K., Li, Z., Duati, M., Rampi, M. A., Whitesides, G. M. Influence of defects on the electrical characteristics of Mercury-Drop junctions: Self-Assembled monolayers of n- Alkanethiolates on rough and smooth. 129 (14), 4336-4349 (2007).
