테라 헤르츠 메타 물질의 변위 현재 중재 공명은을위한 나노 기둥 기반 분할 링 공진기의 제작
Summary
디자인과 새로운 나노 기둥 기반의 분할 링 공진기 (SRR)의 제조를위한 프로토콜이 표시됩니다.
Abstract
SRR 그러한 공진기 주변의 온도 및 압력 등의 환경의 특성에 의해 영향을받지 않기 때문에 헤르츠 (헤르츠) 분할 링 공진기 (SRR) 메타 물질 (MMS)는 가스, 화학 및 생체 분자 감지 애플리케이션에 대해 검토되고있다. 테라 헤르츠 주파수의 전자기 방사선은 중요한 조건이 특히 생체 분자 센서의 응용 프로그램 인 생체 적합성이다. 그러나, 품질 계수 (Q 값) 및 기존의 박막 계 분할 링 공진기의 주파수 반응 (SRR) MMS는 센서로서의 감도 및 선택성을 제한하는 매우 낮다. 본 연구에서는 새로운 나노 기둥 기반 SRR의 MMS는이 변위 전류를 이용하여, 주위에 기존의 박막 기반의 MMS는보다 45 배 높은 450까지의 Q 팩터를 향상시키기 위해 설계되었습니다. 인핸스 Q 팩터에 더하여, 나노 기둥 계는 MMS는 전통 의해 얻어진 시프트에 비해 더 큰 주파수 변화 (17 배 유도알 박막을 기반으로 MMS). 때문에 크게 향상된 Q-요인과 주파수 변화뿐만 아니라 생체 적합성 방사선의 재산, 테라 헤르츠 나노 기둥 기반 SRR은 생체 물질의 손상 또는 왜곡을 유발하지 않고 높은 감도와 선택성을 가진 생체 분자 센서의 개발을위한 이상적인 MMS는 있습니다. 신규 한 제조 공정은 변위 전류 매개 테라 헤르츠 보호용 나노 기둥 기반 SRR을 구축하는 것으로 입증되었다. 두 단계의 금 (Au) 도금 공정 및 원자 층 증착 (ALD) 공정이 금 나노 기둥 사이의 서브 -10 나노 스케일 갭을 생성하기 위해 사용된다. ALD 프로세스는 컨 포멀 코팅에있어서, 알루미늄 (Al 2 O 3) 나노 스케일 두께의 층이 달성 될 수있는 균일 한 산화 알루미늄 때문이다. 순차적으로 알 2 O 3, 금, 근접 포장의 Au-Al 계 나노 스케일 2 O 3 -Au 구조 사이의 공간을 채우기 위해 다른 금 박막을 전기 도금으로 알 2 O 3 갭이 될 수 있습니다만드는. 나노 갭의 크기는 잘 정확하게 0.1 nm의 정확도를 갖는 ALD 공정의 증착주기를 제어함으로써 정의 될 수있다.
Introduction
테라 헤르츠 (헤르츠) 메타 물질 (MMS)를 생물 의학적 센서 주파수 유연한 디바이스 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11을 위해 개발되었다. 테라 헤르츠 MM 센서의 감도 및 주파수 선택성을 개선하기 위해, 나노 기둥 기반 분할 링 공진기 (SRR)은 (매우 고품질 인자 테라 헤르츠 공진을 여기시키기 나노 기둥 배열을 금 (Au) 내부에서 발생하는 변위 전류를 이용하여 설계 한 Q-요인) (~ 450) (그림 1) 12. 나노 기둥 기반 SRR을 높은 Q-요인과 유망 감지 능력 등 nanostructur의 제조를 표시하더라도넓은 지역에 걸쳐 높은 종횡비 (40)와 나노 크기의 갭 (하위 10 ㎚)와 에스 도전 13 남아있다.
나노 크기 구조물을 제조하는 가장 일반적으로 사용되는 기술은 전자 빔 리소그래피 (EBL) 14, 15, 16, 17이다. 그러나, EBL의 분해능은 여전히 의한 빔 스폿 사이즈, 전자 산란의 레지스트 특성 및 개발 프로세스 (18, 19)에 한정된다. 또한 인한 느린 처리 시간으로 대 면적 EBL을 사용하는 나노 구조물을 제조하는 것이 실용적이지 큰 공정 (20)을 요한다. 나노 구조를 달성하는 또 다른 전략은 자기 조립 기술 (21, 22)을 사용하는 것이다. 솔루션 및 폴더의 유틸리티에 자기 조립 금속 나노 큐브 (나노)으로정전 상호 작용 사이의 나노 고분자 리간드의 연관 델링, 나노 갭으로 잘 구성된 일차원 NC 어레이 (23)를 얻을 수있다. 나노 갭 크기는 나노 결정의 고분자 리간드에 따라 상이한 분자량 24, 25, 26 다른 중합체 물질을인가함으로써 제어 될 수있다. 자기 조립은 확장 가능하고 비용 효율적인 나노 구조물 (23)을 달성하기위한 강력한 방법이다. 그러나, 제조 공정은 종래의 마이크로 및 나노 제작 방법에 비하여 더 복잡하고, 나노 갭 크기의 제어는 전자 장치 애플리케이션을위한 충분히 정확하지 않다. 성공적 나노 기둥 SRR을 기반를 제작하기 위하여, 신규 한 제조 방법은 다음과 같은 목적을 달성하기 위해 개발되어야한다 : I)의 제조 공정을 적용하는 것이 용이하고 협약과 호환알 마이크로 및 나노 제조 공정; ⅱ) 대 면적 제조에 적용한다; ⅲ) 나노 틈새의 크기는 쉽고 정확하게 0.1 nm의 분해능으로 제어 할 수 있고, 10 nm 이하로 축소 될 수있다.
신규 한 제조 방법은 나노 기둥 SRR을 기반을 제조하기위한 전기 도금 공정의 조합과 원자 층 증착 (ALD) 공정을 이용하여 설명된다. 전기가 저가로 자체 충전 프로세스이기 때문에 대 면적 구조를 제조하기 쉽다. ALD 정확하게 프로세스 중에 반응 사이클에 의해 제어 될 수있는 화학 기상 증착 (CVD) 공정이다. ALD 박막의 해상도는 0.1 나노 미터 일 수 있고, 박막은 균일 한 나노 크기의 간극 (27), (28)을 만들 적합한 고품질로 코팅된다. 10 nm의 간격 이하의 나노 기둥 기반 SRR 어레이 성공적 6mm × 6mm의 면적 위에 제조 될 수있다. 둘이야imulated 측정 테라 헤르츠 투과 스펙트럼은 변위 전류에 의해 매개되는 나노 기둥 기반 SRR을 가능성을 증명하는 Q 팩터 큰 주파수 시프트 초고 공진 동작을 도시한다. 상세한 제조 과정은 상기 프로토콜 절에서 설명하고, 상기 비디오 프로토콜 실무자 제조 프로세스를 이해하고, 나노 기둥 SRR을 기반의 제조와 관련된 공통적 인 실수를 방지 할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 제조 기술은 전자빔 리소그래피 및 자기 조립 등 기존의 방법을 통해 나노 구조체를 만들기위한 중요한 장점을 갖는다. 첫째, 나노 구조물은 전자 빔 리소그래피 프로세스에 실용적이지 나노 기둥 배열을 특징으로 포토 마스크를 이용하여 대 면적 (전체 웨이퍼)를 통해 실현 될 수있다. 둘째로, 제조 공정은 전자 빔 리소그래피에 비해 훨씬 빠르고 간단하며 저렴 전통적인 웨이퍼 스케일 마이?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 자료는 미네소타 트윈 시티 대학의 시작 기금에서 지원하는 작업에 기초한다. 이 작품의 일부는 특성 시설, 미네소타의 MRSEC 프로그램을 통해 NSF 자금 재료 연구 시설 네트워크 (www.mrfn.org)의 회원 대학에서 수행되었다. 이 연구의 일부는 또한 NNCI 프로그램을 통해 NSF에서 일부 지원 받는다 미네소타 나노 센터에서 수행 하였다.
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 |
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