تصنيع حزام تقسيم دوائر الرنين عمود نانوي القائم على النزوح الحالي الرنين وساطة في تيراهيرتز يتعلق بما وارء
Summary
ويرد بروتوكول لتصميم وتصنيع القائم على عمود نانوي رواية انقسام عصابة مرنان (SRR).
Abstract
تيراهيرتز (THZ) انقسام عصابة مرنان (SRR) يتعلق بما وارء (MMS) وقد درس للغاز، والكيميائية، وتطبيقات الاستشعار البيولوجية الجزيئية للا يتأثر SRR حسب الخصائص البيئية مثل درجة الحرارة والضغط المحيطة مرنان. الإشعاع الكهرومغناطيسي في الترددات THz للهو حيويا، وهو حالة حرجة خاصة لتطبيق الاستشعار الجزيئية البيولوجية. ومع ذلك، فإن عامل الجودة (Q-عامل) والاستجابات تردد من الأغشية الرقيقة التقليدية القائمة مرنان انقسام حلقة (SRR) رسائل الوسائط المتعددة منخفضة جدا، مما يحد من الحساسيات والانتقائية أجهزة الاستشعار. في هذا العمل، والرواية الطبيون SRR القائم على عمود نانوي، وذلك باستخدام النزوح الحالية، تهدف إلى تعزيز Q-عامل يصل إلى 450، وهو أعلى بحوالي 45 مرة من أن من الرسائل المتعددة الوسائط التقليدية القائمة الأغشية الرقيقة. بالإضافة إلى تعزيز Q-عامل، رسائل الوسائط المتعددة القائمة على عمود نانوي لحث على التحولات تردد أكبر (17 مرات مقابل التحول التي حصلت عليها التقليدآل الطبيون على أساس الأغشية الرقيقة). بسبب تعزز إلى حد كبير Q-العوامل والتحولات تردد فضلا عن خاصية الإشعاع حيويا، وTHz للSRR القائم على عمود نانوي هم الطبيون مثالية لتطوير أجهزة الاستشعار البيولوجية الجزيئية مع حساسية عالية والانتقائية دون إحداث ضرر أو تشويه لالحيوية. وقد تجلى عملية تلفيق جديدة لبناء الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي لالطبيون THz للالنزوح الحالية التي تتوسط فيها. وتستخدم (الاتحاد الافريقي) عملية الطلاء الكهربائي من خطوتين الذهب وعملية الذري طبقة ترسب (محددة المدة) لإنشاء الثغرات 10 الفرعي نانومتر واسعة النطاق بين عمود نانوي الاتحاد الافريقي. منذ عملية محددة المدة هي عملية طلاء امتثالي، أكسيد الألومنيوم موحد (آل 2 يا 3) طبقة بسماكة نانومتر النطاق يمكن تحقيقه. بواسطة الكهربائي بالتتابع رقيقة الاتحاد الافريقي آخر لملء الفراغات بين آل 2 يا 3 والاتحاد الافريقي، ومعبأة قريبة الاتحاد الافريقي آل 2 يا 3 -Au هيكل مع نانو النطاق آل 2 يا 3 ثغرات يمكن أن يكونملفقة. حجم النانو ثغرات يمكن تعريف بشكل جيد عن طريق التحكم بدقة دورات ترسب عملية محددة المدة، التي لديها دقة 0.1 نانومتر.
Introduction
وقد وضعت تيراهيرتز (THZ) يتعلق بما وارء (MMS) لأجهزة الاستشعار الطبية الحيوية والأجهزة 1، 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 9، 10، 11 التردد رشيقة. من أجل تحسين حساسية وتردد انتقائية THz للأجهزة الاستشعار MM، وقد تم تصميم القائم على عمود نانوي انقسام عصابة مرنان (SRR) باستخدام النزوح الحالية ولدت داخل الذهب (الاتحاد الافريقي) صفائف عمود نانوي لإثارة الأصداء THz للمع العوامل فائقة الجودة ( Q-العوامل) (~ 450) (الشكل 1) 12. على الرغم من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي تظهر العالية العوامل س وقدرات الاستشعار واعدة، تلفيق مثل nanostructurوفاق مع نسب عالية (أكثر من 40) والثغرات نانو النطاق (دون 10 نانومتر) على مساحة واسعة لا تزال صعبة (13).
هذه التقنية الأكثر استخداما لصنع هياكل نانو النطاق هي شعاع الإلكترون الطباعة الحجرية (EBL) 14، 15، 16، 17. ومع ذلك، فإن قرار EBL لا يزال محدودا نظرا لحجم شعاع بقعة، نثر الإلكترون، خصائص مقاومة، وعملية التنمية 18 و 19. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه ليس من العملي لافتعال النانو باستخدام EBL على مساحة واسعة نظرا لوقت العملية بطيئة وتكاليف عملية كبيرة 20. استراتيجية أخرى لتحقيق النانو هو استخدام تقنية التجميع الذاتي 21 و 22. بواسطة nanocubes المعادن الذاتي تجميع (البلاغات) في حل وUTILتشغيلها على التفاعل كهرباء ورابطة بروابط البوليمر بين البلاغات، منظمة تنظيما جيدا مجموعة NC-الأبعاد واحد مع وجود ثغرات نانو النطاق يمكن أن يتحقق 23. حجم النانو الفجوة يعتمد على بروابط البوليمر بين البلاغات ويمكن التحكم من خلال تطبيق مواد البوليمر مختلفة مع مختلف الأوزان الجزيئية 24، 25، 26. هو التجميع الذاتي تقنية قوية لتحقيق النانو متدرجة وفعالة من حيث التكلفة 23. ومع ذلك، فإن عملية تصنيع أكثر تعقيدا بالمقارنة مع العمليات الصغيرة والمتناهية الصغر تلفيق التقليدية، والتحكم في أحجام نانو الفجوة ليست دقيقة بما فيه الكفاية لتطبيقات الأجهزة الإلكترونية. من أجل افتعال الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي بنجاح، يجب أن اخترع طريقة تلفيق رواية لتحقيق الأهداف التالية: أ) عملية تلفيق سهلة لتطبيق وغير متوافقة مع اتفاقيةالصغيرة والمتناهية الصغر تلفيق عمليات القاعدة، ب) تلفيق على مساحة واسعة للتطبيق. ج) الأحجام نانو الفجوة يمكن السيطرة عليها بسهولة، وعلى وجه التحديد مع قرار 0.1 نانومتر، ويمكن زيادتها الى 10 نانومتر أو أقل.
ويتجلى أسلوب تلفيق رواية باستخدام مزيج من عملية الطلاء الكهربائي وعملية ذرية طبقة ترسب (محددة المدة) لافتعال الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي. منذ الكهربائي هو عملية ملء النفس مع انخفاض التكلفة، فمن السهل أن تصنيع الهياكل على مساحة واسعة. ALD هو عملية ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) والتي يمكن التحكم بدقة من قبل دورة رد فعل أثناء العملية. حل رقيقة محددة المدة يمكن أن يكون 0.1 نانومتر، ورقيقة وهي مغلفة بشكل موحد مع جودة عالية، والذي هو مناسبة لخلق نانو النطاق الثغرات 27 و 28. القائم على عمود نانوي مجموعة SRR مع 10 نانومتر الثغرات أو أقل يمكن أن تكون ملفقة بنجاح على مساحة 6 مم × 6 مم. كل من لياليتظهر imulated وقياس أطياف نقل THz للسلوكيات الرنانة مع Q-العوامل والتحولات تردد كبيرة عالية جدا، وهو ما يثبت جدوى من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي بوساطة النزوح الحالية. يتم وصف عملية تصنيع مفصلة أدناه في قسم البروتوكول، وبروتوكول الفيديو يمكن أن تساعد الممارسين لفهم عملية التصنيع وتجنب الأخطاء الشائعة المرتبطة تلفيق من الممثلين شبه الإقليميين القائم على عمود نانوي.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذه التقنية تلفيق لها مزايا كبيرة لإنشاء هياكل نانو النطاق على الطرق القائمة، مثل الطباعة الحجرية E-الحزم والتجميع الذاتي. أولا، وهياكل نانو النطاق يمكن أن تتحقق على مساحة واسعة (على رقاقة بأكمله) باستخدام الضوئية الرئيسية التي يتميز صفائف عمود نانوي، وهي ليست عملية…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وتستند هذه المواد على العمل بدعم من صندوق البدء في جامعة مينيسوتا، والمدن التوأم. نفذت أجزاء من هذا العمل في مرفق توصيف، جامعة مينيسوتا، وهو عضو في المواد أبحاث شبكة المرافق تمول NSF (www.mrfn.org) عن طريق برنامج MRSEC. ونفذ جزء من هذا العمل أيضا في مركز مينيسوتا نانو التي تتلقى دعما جزئيا من جبهة الخلاص الوطني من خلال برنامج NNCI.
Materials
| Silicon Wafer | Siltronic AG | N/A | 100mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 Ω•cm |
| Chromium | Kurt J. Lesker Company | EVMCR35J | 99.95% pure |
| Copper | Kurt J. Lesker Company | EVMCU40QXQJ | 99.99% pure |
| E-Beam Evaporator System | Rocky Mountain Vacuum Tech. | N/A | RME-2000 |
| S1813 Positive Photoresist | Microposit | 10018348 | N/A |
| Spinner | Best Tools | S0114031123 | SMART COATER 100 |
| Mask Aligner | Midas | MDA-400LJ | N/A |
| Digital Hot Plate | Thermo Scientific | HP131725 | Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 degree C |
| MF319 Developer | Microposit | 10018042 | N/A |
| Acetone | Fisher Chemical | A18P-4 | N/A |
| Isopropyl Alcohol | Fisher Chemical | A416-4 | N/A |
| Gold 25 ES RTU | Technic Inc. | 391427 | N/A |
| Source Meter | Keithley | N/A | 2612 System SourceMeter |
| Microscope | Omax | NJF-120A | N/A |
| Profilometer | Tencor Instruments | N/A | Alpha-Step 200 |
| APS Copper Etchant 100 | Transfene Company, Inc. | N/A | N/A |
| CE-5 M Chromium Mask Etchant | Transfene Company, Inc. | N/A | N/A |
| Atomic Layer Deposition System | Cambridge Nano Tech inc. | N/A | Savannah series |
| Ion Mill Etching System | Intlvac Thin Film | N/A | Nanoquest series |
| Ultrasonic Cleaner | Crest Ultrasonics | N/A | Powersonic series |
| Hydrofluoric Acid | Sigma-Aldrich | 244279 | Diluted to 5% |
| Field Emission Gun Scanning Electron Microscope | Jeol Ltd. | N/A | JEOL 6700 series |
References
- Xu, X., et al. Flexible visible-infrared metamaterials and their applications in highly sensitive chemical and biological sensing. Nano Lett. 11 (8), 3232-3238 (2011).
- Singh, R., Cao, W., Al-Naib, I., Cong, L., Withayachumnankul, W., Zhang, W. Ultrasensitive terahertz sensing with high-Q Fano resonances in metasurfaces. Appl. Phys. Lett. 105 (17), 171101 (2014).
- Torun, H., Top, F. C., Dundar, G., Yalcinkaya, A. An antenna-coupled split-ring resonator for biosensing. J. Appl. Phys. 116 (12), 124701 (2014).
- Chen, T., Li, S., Sun, H. Metamaterials application in sensing. Sensors. 12 (3), 2742-2765 (2012).
- Jaruwongrungsee, K., et al. Microfluidic-based Split-Ring-Resonator Sensor for Real-time and Label-free Biosensing. Procedia Eng. 120, 163-166 (2015).
- Han, J., Lakhtakia, A. Semiconductor split-ring resonators for thermally tunable terahertz metamaterials. J. Mod. Optic. 56 (4), 554-557 (2009).
- Melik, R., Unal, E., Perkgoz, N. K., Puttlitz, C., Demir, H. V. Flexible metamaterials for wireless strain sensing. Appl. Phys. Lett. 95 (18), 181105 (2009).
- Naqui, J., Durán-Sindreu, M., Martín, F. Alignment and position sensors based on split ring resonators. Sensors. 12 (9), 11790-11797 (2012).
- Chiam, S., Singh, R., Gu, J., Han, J., Zhang, W., Bettiol, A. A. Increased frequency shifts in high aspect ratio terahertz split ring resonators. Appl. Phys. Lett. 94 (6), 064102 (2009).
- Gil, I., et al. Varactor-loaded split ring resonators for tunable notch filters at microwave frequencies. Electron. Lett. 40 (21), 1347-1348 (2004).
- Driscoll, T., et al. Tuned permeability in terahertz split-ring resonators for devices and sensors. Appl. Phys. Lett. 91 (6), 062511 (2007).
- Liu, C., et al. Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials. Adv. Opt. Mater. 4 (8), 1302-1309 (2016).
- Huang, M., Zhao, F., Cheng, Y., Xu, N., Xu, Z. Large area uniform nanostructures fabricated by direct femtosecond laser ablation. Opt. Express. 16 (23), 19354-19365 (2008).
- Broers, A., Molzen, W., Cuomo, J., Wittels, N. Electron-beam fabrication of 80-Å metal structures. Appl. Phys. Lett. 29 (9), 596-598 (1976).
- Isaacson, M., Muray, A. Insitu vaporization of very low molecular weight resists using 1/2 nm diameter electron beams. J. Vac. Sci. Technol. 19 (4), 1117-1120 (1981).
- Yang, J. K., et al. Understanding of hydrogen silsesquioxane electron resist for sub-5-nm-half-pitch lithography. J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2622-2627 (2009).
- Duan, H., Yang, J. K., Berggren, K. K. Controlled Collapse of High-Aspect-Ratio Nanostructures. Small. 7 (18), 2661-2668 (2011).
- Cord, B., et al. Limiting factors in sub-10nm scanning-electron-beam lithography. J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2616-2621 (2009).
- Manfrinato, V. R., et al. Resolution limits of electron-beam lithography toward the atomic scale. Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).
- Ashraf, M., Sreenath, A., Chollet, F. Low-cost mould for nano-imprinting uses monolayer of self-organized nanospheres. SPIE Newsroom. , (2007).
- Hu, T., Gao, Y., Wang, Z., Tang, Z. One-dimensional self-assembly of inorganic nanoparticles. Front. Phys. China. 4, 487-496 (2009).
- Kitching, H., Shiers, M. J., Kenyon, A. J., Parkin, I. P. Self-assembly of metallic nanoparticles into one dimensional arrays. J. Mater. Chem. A. 1 (24), 6985-6999 (2013).
- Klinkova, A., et al. Structural and optical properties of self-assembled chains of plasmonic nanocubes. Nano Lett. 14 (11), 6314-6321 (2014).
- Caswell, K., Wilson, J. N., Bunz, U. H., Murphy, C. J. Preferential end-to-end assembly of gold nanorods by biotin-streptavidin connectors. J. Am. Chem. Soc. 125 (46), 13914-13915 (2003).
- Liu, K., et al. Step-growth polymerization of inorganic nanoparticles. Science. 329 (5988), 197-200 (2010).
- Nie, Z., Fava, D., Kumacheva, E., Zou, S., Walker, G. C., Rubinstein, M. Self-assembly of metal-polymer analogues of amphiphilic triblock copolymers. Nat. Mater. 6 (8), 609-614 (2007).
- Chen, X., et al. Atomic layer lithography of wafer-scale nanogap arrays for extreme confinement of electromagnetic waves. Nat. Commun. 4 (2361), (2013).
- Nam, S., et al. Sub-10-nm nanochannels by self-sealing and self-limiting atomic layer deposition. Nano Lett. 10 (9), 3324-3329 (2010).
