Fabricación de matrices Nanocup oro periódicas usando litografía coloidal
Summary
Demostrar la fabricación de matrices de periódicos nanocup oro coloidal técnicas litográficas y discutir la importancia de las películas de nanoplasmonic.
Abstract
Dentro de estos últimos años, el campo de la plasmónica ha explotado como los investigadores han demostrado interesantes aplicaciones relacionadas a los sensores ópticos y químicos en combinación con las nuevas técnicas de nanofabricación. Un plasmón es un quantum de oscilación de la densidad de la carga que se presta a nanoescala metales como el oro y la plata propiedades ópticas únicas. En particular, las nanopartículas de oro y plata muestran oscilaciones de densidad de carga de resonancias colectivas plasmones localizados en la superficie de la nanopartícula en el espectro visible. Aquí, nos centramos en la fabricación de arreglos periódicos de nanoestructuras plasmónica anisotrópico. Estas estructuras media concha (o nanocup) pueden exhibir adicional única luz flexión y dependiente de la polarización propiedades ópticas que simple nanoestructuras isotrópico no pueden. Los investigadores están interesados en la fabricación de arreglos periódicos de nanocups para una amplia variedad de aplicaciones tales como dispositivos ópticos de bajo costo, superficie-realzada Raman dispersión y alterar la indicación. Presentamos una técnica escalable basada en litografía coloidal en la que es posible fabricar fácilmente grandes arreglos periódicos de nanocups mediante spin-coating y uno mismo-montar nanoesferas poliméricos disponibles comercialmente. Microscopía y espectroscopia óptica desde el visible al infrarrojo cercano (cercano IR) fue realizado para confirmar éxito nanocup fabricación. Concluimos con una demostración de la transferencia de nanocups a una película adhesiva flexible, conformal.
Introduction
La aparición de la plasmónica junto con mejorado nanofabricación y técnicas de síntesis han dado lugar a una gran variedad de emocionantes tecnologías tales como secundario-difracción limitada circuitería mejorada Detección química ysensor óptico 1 ,2,3. En este protocolo, se demuestra una técnica escalable y relativamente de bajo costo capaz de la fabricación de sustratos plasmónica nanopatterned usando nanoesferas poliméricos disponibles en el mercado y un paso de grabado seguido por la deposición de metal. A diferencia de otras técnicas para la fabricación de sustratos nanopatterned, tal como electrón viga litografía4, esta técnica puede rápidamente y eficientemente ser escalada a obleas de 300 mm y más allá con un mínimo esfuerzo y utiliza una transferencia paso para producir flexible y conformación de películas5.
Desde la época romana, sabemos que ciertos metales como el oro y la plata pueden tener propiedades ópticas brillantes cuando están finamente divididos. Hoy en día, entendemos que estas partículas metálicas exhiben un efecto llamado el “resonancia de plasmón superficial localizada” (LSPR) cuando sus dimensiones aproximan a la nanoescala. LSPR es análogo a una onda en la cual electrones débilmente enlazados encontradas el metal oscilan coherente cuando las partículas de metal ilumina la luz de ciertas frecuencias. Anisotropic nanoestructuras son de particular interés debido a resonancias ópticas únicas pueden surgir como resultado de la simetría rompe6,7,8.
La iluminación de estructuras de media concha (nanocup) con luz puede excitar dipolo eléctrico o magnético Dipolo plasmon modos, dependiendo de factores como el ángulo de deposición del metal, la orientación del sustrato con respecto a la luz del incidente y el polarización de la luz incidente9. Nanocups a menudo se han considerado análogos a tridimensionales arillo resonadores, en el que la frecuencia de resonancia se puede aproximadas como un oscilador LC10,11. La frecuencia de resonancia para el tamaño de nanoesferas poliméricos utilizados aquí (170 nm), la cantidad de oro depositada (20 nm), y las tarifas de etch frecuencias de resonancia que abarca lo visible y cerca-IR.
Las propiedades ópticas de la nanocups oro pueden medirse ya sea en la transmisión o reflexión, dependiendo del sustrato utilizado por spin-coating. En el protocolo presentado, decidimos utilizar las obleas de silicio de 2 pulgadas como el substrato y realizar mediciones de reflectancia después de deposición de metal. Las mediciones se realizaron utilizando un microscopio acoplado a un espectrómetro dispersivo con una fuente de luz halógena. También hemos tenido éxito con el uso de substratos de vidrio, lo que permite la transmisión y reflexión las mediciones inmediatamente después de la deposición de metal. Además, esta técnica puede escalarse fácilmente y no se limita a las obleas de 2 pulg. Debido a la disponibilidad amplia comercial de nanoesferas polímeros monodispersos de alta calidad, es muy fácil sintonizar las propiedades ópticas de estas estructuras simplemente iniciando con nanoesferas de diferentes tamaños.
En el presente Protocolo, una técnica para fabricar anisotrópico oro media concha (o nanocup) nanoestructuras utilizando un método llamado litografía coloidal está demostrado. Litografía coloidal usa autoensamblaje de altamente monodispersa nanosphere poliméricos para patrón rápidamente un sustrato que puede ser procesado en un sustrato plasmónica después de Farfullar revestimiento una fina capa de oro. Asimismo, es posible sintonizar la anisotropía del sustrato por la inclinación del sustrato de la muestra durante la deposición de metal. Las estructuras resultantes son sensibles a la polarización debido a la anisotropía de la nanoestructura formada. Aquí, demostramos una particular del caso y realizar la caracterización óptica y despegue para transferir las estructuras a una película transparente y flexible.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo muestra una técnica eficiente y de bajo costo para la fabricación de arreglos periódicos de plasmónica nanocups oro. Esta técnica es particularmente ventajosa porque evita serie procesos de arriba hacia abajo como la litografía por haz de electrones o viga de ion enfocada de fresado. La técnica presentada muestra que nanoesferas poliméricos disponibles comercialmente pueden uno mismo-montarse de forma sencilla para servir como una plantilla de tamaño nanométrico para su posterior procesamiento.</…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue realizada en el laboratorio nacional del Noroeste Pacífico (PNNL), que es funcionada por Battelle Memorial Institute para el Departamento de energía (DOE) bajo contrato no. DE-AC05-76RL01830. Los autores agradece apoyo del Departamento de estado de Estados Unidos a través de la clave de verificación activos fondo (V) bajo SIAA15AVCVPO10 de acuerdo 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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