Fabricação de matrizes de periódicos Nanocup ouro usando litografia coloidal
Summary
Demonstramos a fabricação de matrizes de periódicos nanocup ouro usando técnicas litográficas coloidais e discutir a importância dos filmes nanoplasmonic.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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.
<p …Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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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