Fabricating Nanogaps durch Nanoskiving
Summary
Die Herstellung von elektrisch adressierbaren, high-aspect-ratio (> 1000:1) Metallnanodrähte durch Lücken einzelner Nanometer entweder mit Opferschichten aus Aluminium und Silber oder selbstorganisierten Monoschichten als Vorlagen getrennt beschrieben. Diese Nanogap Strukturen werden ohne Reinraum oder ein beliebiges Foto-oder Elektronenstrahl-Lithographie-Prozesse durch eine Form der Kante als Lithographie bekannt Nanoskiving hergestellt.
Abstract
Es gibt mehrere Methoden zur Herstellung Nanogaps mit kontrollierter Abstände, aber die genaue Kontrolle über die Sub-Nanometer Abstand zwischen zwei Elektroden-und das Erzeugen von ihnen in praktischen Mengen-ist immer noch eine Herausforderung. Die Herstellung von Elektroden mit Nanogap Nanoskiving, die eine Form der Kante Lithographie ist, ist eine schnelle, einfache und leistungsfähige Technik. Diese Methode ist eine rein mechanische Verfahren, das sich aber keine Foto-oder Elektronenstrahl-Lithographie-Schritte und erfordert keine spezielle Ausrüstung oder Infrastruktur wie saubere Zimmer. Nanoskiving wird verwendet, um elektrisch adressierbaren Nanogaps mit Kontrolle über alle drei Dimensionen herzustellen, die kleinste Abmessung dieser Strukturen durch die Dicke der Opferschicht (Al oder Ag) oder selbstorganisierten Monoschichten definiert. Diese Drähte können manuell durch den Transport von ihnen auf Tropfen Wasser positioniert werden und sind direkt elektrisch adressierbaren; keine weiteren Lithographie ist erforderlich, um sie zu einem verbindenElektrometer.
Introduction
Dieses Papier beschreibt die Herstellung von elektrisch adressierbaren, high-aspect-ratio Nanodrähte aus Gold durch Lücken einzelner Nanometer mit getrennt Vakuum abgeschieden Aluminium und Silber als Opfer Abstandhalterschichten für Lücken> 5 nm und selbstorganisierten Monoschichten (SAMs) von Alkandithiolen Lücken so klein wie 1,7 nm. Wir hergestellt diese Nanostrukturen ohne einem sauberen Raum oder jeder photolithographische Verfahren durch die Unterteilung der Sandwich-Strukturen von Gold durch eine Opfer-Abstandshalter mit einem Ultramikrotom eine Form der Kante Lithographie Nanoskiving bekannt getrennt. 1-3 Dieses Verfahren ist eine Kombination aus der Abscheidung von dünnen Metallschichten Filmen und Schneiden mit einem Ultramikrotom. Der wichtigste Schritt in Nanoskiving ist Schneiden dünne Schnitte mit einem Messer mit Diamant Ultramikrotom die zu einem Boot voller Wasser, um Platten, die so dünn wie ~ 30 nm erzeugen angebracht ausgestattet ist. Ultramikrotome werden in großem Umfang für die Herstellung von dünnen Proben für Untersuchungen mit optischer verwendet oder Wahlron Mikroskopie und viele der Erfahrung von Praktikern Ultramikrotomie aus einer biologischen oder medizinischen Hintergrund kommen. Es gibt mehrere Methoden zur Herstellung Nanogaps einschließlich mechanischer Bruchkontakte, 4 Elektronenstrahl-Lithographie 5, elektrochemische Beschichtung, 6, 7 Elektromigration, 8 fokussierten Ionenstrahl-Lithographie, 9 Schatten Verdunstung, 10 Rastersonde und Rasterkraftmikroskopie, 11 auf-Draht-Lithographie , 12 und molekularen Herrscher. Alle 13 dieser Methoden haben ihre eigenen Merkmale und Anwendungen, sondern produziert und Adressierung Nanogaps sowohl in nützliche Telefonnummern und mit präziser Kontrolle über die Dimensionen der Lücke bleibt eine Herausforderung. Darüber hinaus sind diese Methoden haben hohe Betriebskosten, sie zu der Klasse von Materialien, die die Ätzprozesse überleben begrenzt sind, und in der Auflösung begrenzt. Nanoskiving ermöglicht die schnelle Herstellung von elektrisch adressierbaren Nanodrähten mit Spacings einzelner Nanometer auf der Bank-Spitze. Wir waren in der Rapid-Prototyping-Nanostrukturen für die molekulare Elektronik, für die die Nanopartikel hergestellt Elektroden nicht erforderlich ist oder spezialisierte zeitaufwendig Techniken interessiert sind; 14 einmal ein Block hergestellt ist, kann es zu produzieren Hunderttausende von Nanostrukturen (seriell) auf Nachfrage. Jedoch ist die Technik nicht beschränkt auf SAMs oder molekulare Elektronik und ein allgemeines Verfahren zur Herstellung einer Lücke zwischen zwei Nanostrukturen. In dieser Arbeit verwenden wir Silber, Aluminium, und SAMs als Opferschicht, um Lücken in verschiedenen Größen zwischen Gold-Nanodrähte herzustellen, aber die Technik ist nicht auf diese Materialien (oder auf metallische Nanodrähte) begrenzt. Die Drähte sind Pick-and-place und sind kompatibel mit magnetischen Ausrichtung, so können sie auf beliebigen Substraten platziert werden. 15. Eine weitere Stärke ist, dass es Nanoskiving Kontrolle über alle drei Dimensionen bietet. Die Abmessungen der Proben werden durch die Topographie des Substrats (X), der bestimmtDicke der abgeschiedenen Schicht (Y) und die Dicke der Bramme durch die Ultramikrotom (Z) erzeugt. Abbildung 1 fasst das Verfahren verwendet, um die Nanodrähte mit dem definierten Abstand zu erzeugen. Goldeigenschaften (1-2 mm in der Länge) werden durch Verdampfung durch einen Teflon-Maske auf ein Siliziumsubstrat abgeschieden. Epofix (Electron Microscopy Sciences) Epoxy-Prepolymer wird über den gesamten Wafer gegossen, für die Gold-Funktionen, wenn das Epoxid ausgehärtet ist, das Epoxid von dem Wafer getrennt (dh über Vorlage Strippen), die Gold kennzeichnet haften zu bleiben, um das Epoxidharz . 500 um über die Gold – Für metallische Opferschicht wird Aluminium oder Silber mit der gewünschten Dicke durch die Teflon Maske mit einem Versatz von 200 verdampft. Um Sub-5 nm Lücken zu erzeugen, wird eine SAM durch Eintauchen der Gold-Features in einer 1 mM ethanolischen Lösung des entsprechenden dithiol über Nacht gebildet. Ein zweiter Satz von Gold (oder ein anderes Metall) wird durch Anordnen des Teflon Lochmaske über die abgeschiedeneerste Schicht aus Gold Funktionen (die in Silber, Aluminium oder einer SAM) mit einem Versatz von 200 – 500 um bezüglich der ersten Verdampfung. Dieser Offset wird schließlich definieren die längste Abmessung des Spalts, und es kann genau gemessen werden, mit Hilfe eines Mikro-Lineal vor dem Einbetten die gesamte Struktur in Epoxy zum Schneiden. Dann wird die ganze Struktur wird in einem Block von Epoxid, die dann bereit sein könnte für das Schneiden mit dem Ultramikrotom eingebettet. Die Probe Arm hält die vorbereitete Blocks als Diamantmessers Fortschritte in Richtung in kontrollierten Schritten, die der Dicke der Platten definiert wird. Der resultierende Abschnitt auf dem Wasser schwimmt im Boot.
Protocol
Representative Results
Discussion
In diesem Papier haben wir gezeigt, die Herstellung von Strukturen mit Nanogap Nanoskiving. Diese experimentell einfache Methode ermöglicht die Herstellung von Nanostrukturen mit einer Rate von etwa einem pro Sekunde, mit der Kontrolle über alle drei Dimensionen. Der Spalt-Größe wird durch den Einbau entweder Opferschichten aus Aluminium und Silber oder selbstorganisierten Monoschichten von Dithiolen (die ein Auflösung so klein wie Å) definiert. Die Nanostrukturen kann von Hand auf jedem beliebigen Substrat positi…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit ist Teil des Joint Solar Programme (JSP) von Hyet Solar und der Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie FOM, die Teil der niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO) ist.
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. |
Referências
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