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

이 절차의 전반적인 목표는 콜로이드 리소그래피라고 하는 저비용의 간단한 기술을 사용하여 금 나노컵의 주기적 배열을 제작하고 특성화하는 것입니다. 금 나노컵 또는 나노쉘은 비선형 광학, 메타물질 및 화학 감지와 같은 분야에서 응용되는 고유한 광학 특성을 가지고 있습니다. 이 비디오에서는 고도의 단분산 폴리스티렌 나노구의 자체 조립을 기반으로 하는 저비용 기술을 사용하여 유연하고 투명한 나노 플라즈몬 어레이 필름을 제조하는 방법을 배웁니다.

이 접근 방식은 EUV 리소그래피와 같은 직렬 공정에 비해 확장성의 이점이 있습니다. 금 나노컵 또는 나노쉘의 주기적 배열로 구성된 이러한 필름은 화학적 감지, 변조 표시 및 광전지에 이르기까지 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 또한, 원하는 응용 분야에 따라 가시광선에서 근적외선까지 이러한 필름의 플라즈몬 공진을 조정하는 것은 간단합니다.

이 비디오는 희생 실리콘 기판에 금 나노컵 어레이를 제작하는 방법, 결과 구조의 광학적 특성화를 설명하고 필름을 투명 접착 필름으로 전사합니다. 먼저 플라즈마 세척을 위해 여러 개의 실리콘 웨이퍼를 석영 캐리어에 넣습니다. 이것은 고분자 나노 구체의 자체 조립에 필수적인 깨끗한 친수성 표면을 보장합니다.

그런 다음 석영 캐리어를 플라즈마 시스템에 놓고 진공을 시작합니다. 이 시스템은 30SCCM의 산소 유속으로 250와트 15분 산소 플라즈마 세척을 위해 구성되었습니다. 실리콘 웨이퍼를 플라즈마 세척하는 동안 냉장고에서 폴리스티렌 나노스피어 용액을 제거하고 실온으로 데우십시오.

균일한 용액을 보장하기 위해 용액을 1분 동안 간단히 와류로 혼합합니다. 그런 다음 용액을 1분 동안 초음파 처리합니다. 스핀 코팅 중에 단층을 얻으려면 일반적으로 스톡 10 중량 퍼센트 나노 구체 용액을 희석해야합니다.

이를 위해 우리는 깨끗하고 고순도의 물을 사용하여 나노스피어 용액을 5중량 퍼센트의 고체로 희석합니다. 플라즈마 시스템에서 깨끗한 실리콘 웨이퍼를 제거하고 먼지 또는 유기 잔류물과 같은 오염 물질이 있는지 검사합니다. 웨이퍼가 허용되는 경우 스핀 코팅기 중앙에 장착하고 진공을 시작합니다.

그런 다음 스핀 코터를 적절한 속도, 가속도 및 스핀 시간으로 설정합니다. 이것은 사용된 폴리스티렌 나노스피어의 크기와 농도에 따라 달라집니다. 이 경우 스핀 코터를 1분 동안 초당 3, 000rpm 2, 000rpm으로 설정하여 단층 적용 범위를 생성합니다.

묽은 나노스피어 용액을 가지고 플라스틱 주사기를 사용하여 약 1밀리리터의 나노스피어 용액을 회수합니다. 그런 다음 주사기 끝에 5미크론 필터를 고정합니다. 이렇게 하면 자체 조립 필름의 품질에 부정적인 영향을 미치는 덩어리를 제거하는 데 도움이 됩니다.

가장 대담한 스핀 코팅기 위에 주사기를 대고 나노스피어 용액 한 방울이 떨어질 때까지 플런저를 누릅니다. 그런 다음 유체 동작으로 웨이퍼의 약 2/3가 덮일 때까지 웨이퍼 중앙에 충분한 용액을 분배합니다. 뚜껑을 닫고 탈수 사이클을 시작합니다.

스핀 사이클이 완료될 때까지 기다렸다가 진공 청소기를 풀고 뚜껑을 열고 웨이퍼를 제거합니다. 스핀 코팅기 내부를 닦아내고 과도한 나노스피어 용액을 제거하도록 합니다. 계속하기 전에 스펀 캐스트 필름의 품질을 평가하는 것이 중요합니다.

먼저 눈으로 검사하여 기포, 먼지 또는 응집체로 인한 결함을 찾을 수 있습니다. 그런 다음 광학 현미경을 사용하여 필름의 품질을 추가로 평가할 수 있습니다. 광원을 켜고 샘플을 대물렌즈 아래에 놓은 후 다층, 결함 또는 구멍의 형성을 포함하여 필름의 품질을 명확하게 평가할 수 있습니다.

이 이미지에서 우리는 고품질 필름, 다층을 포함하는 필름 및 구멍을 포함하는 필름을 볼 수 있습니다. 필름 품질을 평가하는 마지막 기술은 주사 전자 현미경을 사용하는 것입니다. 이를 통해 필름을 나노 스케일로 시각화할 수 있습니다.

필름의 품질을 평가한 후 이제 나노구를 기판에 어닐링해야 합니다. 기판을 섭씨 107도의 오븐에 약 2분 동안 넣습니다. 오븐에서 기판을 제거하고 실온으로 잠시 식히십시오.

다음으로, 에칭을 위해 어닐링된 기판을 플라즈마 시스템으로 옮깁니다. 플라즈마 시스템을 75와트, 산소 20SCCM, 에칭 시간 175초로 설정합니다. 산소의 흐름을 시작합니다.

압력이 안정될 때까지 기다렸다가 RF 플라즈마를 시작합니다. 그림과 같이 산소 플라즈마는 폴리스티렌 나노구를 등방성으로 에칭하여 균일한 간격의 구가 주기적으로 배열됩니다. 에칭 후, 스퍼터 코팅을 사용하여 29 중간 층의 금을 증착합니다.

이방성 구조는 증착 각도를 변화시켜 만들 수 있습니다. 이러한 샘플의 경우, 금은 기판에 수직으로 증착되었습니다. 여기 왼쪽에 표시된 것은 방적 주조 폴리스티렌 나노 구의 2 인치 웨이퍼입니다.

오른쪽은 금 증착 후의 웨이퍼입니다. 마이크로 분광 광도계는 실리콘 기판에 있는 금 나노컵 어레이의 광학적 특성을 측정하는 데 사용됩니다. 플라즈몬 공명 피크는 약 650나노미터에서 발생합니다.

이 프로토콜의 마지막 단계는 금 나노컵 어레이를 유연하고 컨포멀한 필름으로 옮기는 것입니다. 당사는 투명한 압력 감지 점착 테이프를 사용하여 이 빠르고 간단한 리프트 오프 기술을 수행합니다. 테이프 스트립을 가져 와서 금으로 코팅 된 기판과 조심스럽게 접촉시킵니다.

웨이퍼 표면과 테이프 사이에 형성되었을 수 있는 기포를 부드럽게 제거해야 할 수도 있습니다. 테이프가 기판과 잘 접촉하면 테이프를 부드럽게 떼어냅니다. 테이프가 완전히 제거되면 주기적으로 배열된 나노컵의 유연하고 컨포멀한 필름이 생성됩니다.

이 방법을 사용하여 나노 플라즈몬 필름을 콜로이드 리소그래피, 플라즈믹 에칭 및 금속화를 사용하여 제조되었으며, 폴리스티렌 나노구는 금속 나노컵 증착을 위한 자체 조립 템플릿 마스크로 기능했습니다. 제조 공정의 결과는 주사 전자 현미경을 사용하여 검증되었습니다. 여기에서 우리는 폴리스티렌 나노 구체의 자체 조립 단층, 에칭 된 나노 구체 및 금속 증착 후 나노 컵의 현미경 사진을 볼

이 필름의 광학적 특성에는 가시 스펙트럼에서 최대 약 70%의 우수한 광 투과율이 포함되는 동시에 명확하게 식별할 수 있는 플라즈몬 공진을 유지하는 것이 포함됩니다. 콜로이드 리소그래피는 나노 플라즈몬 필름을 제조하는 빠르고 잠재적으로 저렴한 기술입니다. 이 기술은 일반적으로 사용 가능한 장비만 필요하며 나노 플라즈몬 필름은 단 몇 시간 만에 준비할 수 있습니다.

여기에서는 이 기술을 사용하여 가시 스펙트럼에서 플라즈몬 반응을 가진 금 나노컵의 주기적 배열로 구성된 필름을 만드는 방법을 보여주었습니다. 이 기술을 마스터하면 가시광선과 근적외선 모두에서 광학 반응을 가진 다양한 나노 플라즈몬 필름을 제작할 수 있습니다.