कोलाइडयन लिथोग्राफी का उपयोग कर आवधिक सोने Nanocup arrays का निर्माण
Summary
हम कोलाइडयन lithographic तकनीकों का उपयोग कर आवधिक सोने nanocup arrays के निर्माण का प्रदर्शन और nanoplasmonic फिल्मों के महत्व पर चर्चा की ।
Abstract
हाल के वर्षों के भीतर, plasmonics के क्षेत्र में शोधकर्ताओं ने नए nanofabrication तकनीकों के साथ संयोजन में रासायनिक और ऑप्टिकल संवेदन से संबंधित रोमांचक अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया है के रूप में विस्फोट हुआ है । एक plasmon आरोप घनत्व दोलन कि ऐसे सोने और चांदी अद्वितीय ऑप्टिकल संपत्तियों के रूप में नेनो धातुओं उधार देता है की एक लंबी है । विशेष रूप से, सोने और चांदी नैनोकणों प्रदर्शन स्थानीयकृत सतह plasmon अनुनादों-nanoparticle की सतह पर कलेक्टिव चार्ज घनत्व दोलनों-दिखाई स्पेक्ट्रम में । यहां, हम अनिसोट्रोपिक plasmonic nanostructures के आवधिक arrays के निर्माण पर ध्यान केंद्रित । इन आधा खोल (या nanocup) संरचनाओं के अतिरिक्त अद्वितीय प्रकाश झुकने और ध्रुवीकरण पर निर्भर ऑप्टिकल गुण है कि सरल आइसोट्रोपिक nanostructures नहीं कर सकते दर्शाते हैं । शोधकर्ताओं ने कम लागत वाले ऑप्टिकल उपकरणों, सतह बढ़ाकर रमन कैटरिंग, और छेड़छाड़ के संकेत के रूप में आवेदनों की एक विस्तृत विविधता के लिए nanocups की आवधिक सरणियों के निर्माण में रुचि रखते हैं । हम एक स्केलेबल तकनीक कोलाइडयन लिथोग्राफी पर आधारित है जिसमें यह आसानी से nanocups के बड़े आवधिक सरणियों का उपयोग स्पिन कोटिंग और स्वयं इकट्ठे व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पॉलिमर nanospheres के लिए संभव है के आधार पर प्रस्तुत करते हैं । इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी के पास दिखाई से अवरक्त (निकट आईआर) सफल nanocup निर्माण की पुष्टि करने के लिए प्रदर्शन किया गया था । हम एक लचीला, अनुरूप चिपकने वाली फिल्म के लिए nanocups के हस्तांतरण के प्रदर्शन के साथ समाप्त ।
Introduction
सुधार nanofabrication और संश्लेषण तकनीक के साथ संयोजन के रूप में plasmonics के उद्भव इस तरह के उप विवर्तन सीमित सर्किट, बढ़ाया रासायनिक पता लगाने, और ऑप्टिकल संवेदन के रूप में रोमांचक प्रौद्योगिकियों की एक विस्तृत विविधता के बारे में लाया है1 ,2,3. इस प्रोटोकॉल में, हम वाणिज्यिक उपलब्ध बहुलक nanospheres और एक नक़्क़ाशी धातु जमाव के बाद कदम का उपयोग कर nanopatterned plasmonic सब्सट्रेट निर्मित करने में सक्षम एक स्केलेबल और अपेक्षाकृत कम लागत तकनीक का प्रदर्शन । ऐसे इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के रूप में nanopatterned सब्सट्रेट, निर्माण के लिए अंय तकनीकों के विपरीत4, इस तकनीक को जल्दी से और कुशलता से ३०० mm वेफर्स और ंयूनतम प्रयास के साथ आगे बढ़ाया जा सकता है और एक स्थानांतरण कदम का उपयोग करता है लचीला उत्पादन और अनुरूप फिल्मों5।
रोमन युग के बाद से, हम जानते है कि ऐसे सोने और चांदी के रूप में कुछ धातुओं शानदार ऑप्टिकल गुण हो सकता है जब वे पतले विभाजित कर रहे हैं । आज, हम समझते है कि इन धातु कणों एक प्रभाव प्रदर्शन “स्थानीयकृत सतह plasmon अनुनाद” (LSPR) कहा जाता है जब उनके आयामों नेनो दृष्टिकोण । LSPR एक खड़ी लहर है जिसमें कमजोर से बंधे इलेक्ट्रॉनों धातु में पाया सुसंगत जब कुछ आवृत्तियों के प्रकाश धातु कणों रोशन के अनुरूप है । अनिसोट्रोपिक nanostructures विशेष रुचि के हैं, क्योंकि अद्वितीय ऑप्टिकल अनुनादों6,7,8तोड़ने समरूपता का एक परिणाम के रूप में उभर सकते हैं ।
प्रकाश के साथ आधा खोल (nanocup) संरचनाओं के रोशनी बिजली द्विध्रुवीय या चुंबकीय द्विध्रुवीय plasmon मोड, इस तरह के कारक के रूप में धातु के जमाव कोण, घटना प्रकाश के संबंध में सब्सट्रेट के उंमुखीकरण के रूप में कारकों पर निर्भर करता है, और उत्तेजित कर सकते है घटना का ध्रुवीकरण प्रकाश9. Nanocups अक्सर तीन आयामी विभाजन अंगूठी प्रतिध्वनित करने के लिए अनुरूप माना गया है, जिसमें अनुनाद आवृत्ति एक नियंत्रण रेखा के रूप में अनुमानित कर सकते हैं-थरथरानवाला10,11. यहां इस्तेमाल किया बहुलक nanospheres के आकार के लिए अनुनाद आवृत्ति (१७० एनएम), जमा सोने की राशि (20 एनएम), और खोदना दरों अनुनाद आवृत्तियों दिखाई और पास-आईआर में फैले उपज ।
गोल्ड nanocups के ऑप्टिकल गुण या तो संचरण या प्रतिबिंब में मापा जा सकता है, स्पिन कोटिंग के लिए इस्तेमाल सब्सट्रेट पर निर्भर करता है । प्रस्तुत प्रोटोकॉल में, हम सब्सट्रेट के रूप में 2 में सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग करें और धातु जमाव के बाद चिंतनशील माप प्रदर्शन करने के लिए चुना है । माप एक हैलोजन प्रकाश स्रोत के साथ एक dispersing स्पेक्ट्रोमीटर के लिए युग्मित एक खुर्दबीन का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया । हम भी कांच सब्सट्रेट का उपयोग कर के साथ सफलता मिली है, दोनों संचरण और प्रतिबिंब माप तुरंत धातु जमाव के बाद के लिए अनुमति दी । इसके अलावा, इस तकनीक को आसानी से बढ़ाया जा सकता है और 2 में. वेफर्स तक ही सीमित नहीं है । उच्च गुणवत्ता monodisperse पॉलिमर nanospheres के व्यापक वाणिज्यिक उपलब्धता के कारण, यह बस अलग आकार nanospheres के साथ शुरू करके इन संरचनाओं के ऑप्टिकल गुणों धुन करने के लिए सीधी है ।
इस प्रोटोकॉल में, एक तकनीक अनिसोट्रोपिक आधा खोल (या nanocup) सोने nanostructures कोलाइडयन लिथोग्राफी नामक एक विधि का उपयोग कर निर्मित करने के लिए प्रदर्शन किया है । कोलाइडयन लिथोग्राफी उच्च monodisperse बहुलक nanosphere की आत्म विधानसभा का उपयोग करता है जल्दी से एक सब्सट्रेट है कि आगे एक plasmonic सब्सट्रेट में धूम कोटिंग सोने की एक पतली परत के बाद संसाधित किया जा सकता है पैटर्न । इसी तरह, यह धातु जमाव के दौरान नमूना सब्सट्रेट झुकाव द्वारा सब्सट्रेट के anisotropy धुन करने के लिए संभव है. परिणामस्वरूप संरचनाओं का गठन nanostructure के anisotropy के कारण ध्रुवीकरण-संवेदी होता है. यहां, हम एक विशेष मामले का प्रदर्शन और ऑप्टिकल लक्षण वर्णन और लिफ्ट प्रदर्शन के लिए एक पारदर्शी, लचीली फिल्म के लिए संरचनाओं हस्तांतरण ।
Protocol
1. सामग्री वडा एक क्वार्ट्ज वाहक में कई 2. सिलिकॉन वेफर्स में सफाई और प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रणाली में सिलिकॉन वेफर्स लोड करने के लिए जगह है । वैक्यूम चैंबर नीचे पंप जब तक यह कम से ७५ mTorr तक पहुंचता है ?…
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल plasmonic गोल्ड nanocups की आवधिक arrays के निर्माण के लिए एक कम लागत और कुशल तकनीक दर्शाता है । यह तकनीक विशेष रूप से लाभप्रद है क्योंकि यह इस तरह के इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी या केंद्रित आयन बीम मिलिंग क…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह अनुसंधान प्रशांत नॉर्थवेस्ट राष्ट्रीय प्रयोगशाला (PNNL) है, जो बैटल मेमोरियल संस्थान द्वारा ऊर्जा विभाग के लिए (डो) अनुबंध के तहत संचालित है पर प्रदर्शन किया गया । DE-AC05-76RL01830 । लेखक कृतज्ञता एक एजेंसी समझौते SIAA15AVCVPO10 के तहत प्रमुख सत्यापन आस्तियों कोष (वी कोष) के माध्यम से अमेरिका के राज्य विभाग से समर्थन स्वीकार करते हैं ।
Materials
| Polystyrene microspheres | Bangs Laboratories, Inc. | PS02N | 170 nm – 580 nm diameter |
| Silicon wafers | El-CAT, Inc. | 3489 | 300 mm thick, one side polished [100] |
| Adhesive tape | 3M | Scotch 600 | |
| Spin coater | Laurell | WS-650-23B | |
| Plasma etcher | Nordson March | AP-600 | |
| Microspectrophotometer | CRAIC | 380-PV | |
| Sonicator | VWR | 97043-932 | |
| Scintillation vials | Wheaton | 986734 | |
| 5 um syringe filter | Millex | SLSV025LS | |
| Oxygen gas | Oxarc | PO249 | Industrial Grade 99.5% purity |
| Vaccum pump | Kurt J. Lesker | Edwards 28 | |
| Disposable syringes | Air Tite Products Co. | 14-817-25 | 1 mL capacity |
| Water | Sigma-Aldrich | W4502 |
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