큰 면적 기판 기반 Nanofabrication 출장 Dewetting 통해 제어 하 고 사용자 정의 금 나노 입자의
Summary
이 프로토콜 세부 큰 지역에 따라 제어 하 고 사용자 정의 나노 영화를 만들기 위해 사용할 수 있는 새로운 나노 제조 기술에서 출장 금속 필름의 dewetting의 자기 조립.
Abstract
향상 된 에너지 전환 효율성, 향상 된 광학 장치 성능 및 고밀도 데이터 저장을 위한 금속 나노 입자의 활용의 최근 과학적 발전 산업에 그들의 사용의 잠재적인 혜택을 증명 하고있다 응용 프로그램입니다. 이러한 응용 프로그램 필요 나노 크기, 간격, 그리고 때로는 모양을 정밀 하 게 제어 합니다. 이러한 요구 사항에 시간의 사용 결과 있고 집중적인 처리 단계 나노 입자, 비현실적인 산업 응용 프로그램을 전환 함으로써 생산 비용. 이 프로토콜 현재 기술에 비해 향상 된 나노 제어 나노 영화의 큰 지역 생산에 대 한 확장 가능 하 고 저렴 한 방법을 제공 하 여이 문제를 해결 합니다. 이 문서에서는, 과정은 금, 보여주는 것입니다 하지만 다른 금속을 사용할 수 있습니다.
Introduction
큰 지역 나노 필름 제조는 plasmonic 나노 입자1,2, 의 사용과 태양 에너지 변환 및 고밀도 데이터 스토리지의 최근 기술 발전의 도입에 대 한 비판적으로 중요 한 3 , 4 , 5. 흥미롭게도, 조작 및 제어는 nanoscale에 빛의 수와 이러한 나노 입자를 제공 하는이 plasmonic 나노 입자 들의 자기 특성 이다. 빛의이 제어력 강화 하는 nanoscale에 사건 빛의 빛 함정 고 표면의 absorptivity를 증가 가능성을 제공 합니다. 이 같은 속성에 따라 고 데는 자성 하 고 자기 아닌 상태에서 나노 입자를가지고 있는 능력을, 과학자는 또한 고밀도 디지털 데이터 저장을 위한 새로운 플랫폼을 정의 하 게 됩니다. 이러한 응용 프로그램의 각, 그것은 중요 한 그 넓은 지역 및 저렴 한 nanofabrication 나노 크기, 간격, 및 모양을 제어할 수 있는 기술을 개발.
나노 입자를 생산 하기 위해 사용할 수 있는 기술은 주로 나노 리소 그래피, 상당한 확장성 있고 비용 문제를 기반으로 합니다. 날짜 하지만 이러한 기술의 확장성 문제를 해결 하기 위해 시도 하는 여러 다른 연구 되었습니다, 그리고 프로세스가 존재 하는 나노 입자 제조에 필요한 제어 수준을 제공 하 고 비용 및 시간에 대 한 충분히 효과적인 산업 응용 프로그램6,7,8,9,,1011에 채용. 일부 최근 연구 노력 향상 제어 펄스 레이저 유도 dewetting (PLiD) 및 템플릿 고체 dewetting12,,1314, 하지만 그들은 여전히 중요 한 요구 리소 그래피 단계 고 따라서 확장성 문제입니다.
이 원고에 시달려 채택이 확장성과 비용 문제를 해결 하는 nanofabrication 메서드의 프로토콜 및 나노 영화의 광범위 한 산업용 어플리케이션에서 사용 하는 것이 선물이. 이 처리 방법을 지시 하는 표면 에너지를 조작 하 여 생산된 나노 입자 크기와 간격의 제어할 수는 형성 하는 나노 입자의 자기 조립. 여기, 우리 금 나노 입자를 생산 하는 얇은 금 필름을 사용 하 여이 기술의 사용 방법을 설명 하지만 우리는 최근 니켈 필름을 사용 하 여이 방법의 약간 다른 버전을 출판 하 고 따라서이 기술은 어떤 원하는 금속을 사용할 수 있습니다. 이 방법의 목표는 프로세스의 복잡성 및 비용을 최소화 하면서 나노 필름을 생산 하 고 따라서 우리가 니켈-알 루미나 시스템에 원자 층 증 착 및 나노초 레이저 방사선을 사용 하 고 대체 우리의 이전 방법 수정 그들 물리적 증기 증 착 및 핫 플레이트. 니켈-알 루미나 시스템에 대 한 우리의 작업의 결과 또한 dewetting15후 표면 형태에 컨트롤의 허용 수준을 보여주었다.
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜 제어 특성을 가진 큰 지역에는 기판에 나노 입자를 생산 하는 나노 제조 공정에 대 한 가능 하 고 쉬운 과정 이다. 입자의 생산에 이르게 dewetting 현상 최소 표면 에너지를 달성 하기 위해 dewetted 층의 추세를 기반으로 합니다. 크기와 모양 입자의 제어의 표면 에너지를 조정 하는 주요 계층에 두 번째 표면 증 착으로 표적으로 하 고 접착과 에너지 사이의 최종 평형 입자에 상한 레이어를 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리 인정 SEM 결과 대 한 유타 주립 대학에서 현미경 핵심 시설에서 지원 합니다. 우리는 또한 DC 마 그 네트 론 스퍼터 링 시스템, (필드 전자 및 이온) 국립 과학 재단 (보너스 #133792)에 대 한 국립 과학 재단 (수상 #162344) 인정 FEI 퀀텀 650, 고 에너지, 핵 에너지 대학 부 FEI 노바 Nanolab 600에 대 한 프로그램입니다.
Materials
| 100 nm SiO2/Si Substrate | University Wafer | Thermal Oxide Wafer | |
| Alumina Sputter Target (99.5%) | Kurt J. Lesker | Alumina Target | |
| Gold Wire (99.99%) | Kurt J. Lesker | Gold Wire | |
| H2O2 | Sigma-Aldrich | ||
| Hot Plate | Thermo Scientific | Cimarec | |
| NH4OH | Sigma-Aldrich | ||
| Scanning Electron Microscope | FEI | Quanta 650 | |
| Scanning Electron Microscope | FEI | Nova Nanolab 600 | |
| Sputter Deposition System | AJA International | Orion-5 | |
| Thermal Evaporator | Edwards | 360 |
References
- Pillai, S., Catchpole, K. R., Trupke, T., Green, M. A. Surface plasmon enhanced silicon solar cells. Journal of Applied Physics. 101 (9), 093105 (2007).
- Ding, B., Lee, B. J., Yang, M., Jung, H. S., Lee, J. -. K. Surface-Plasmon Assisted Energy Conversion in Dye-Sensitized Solar Cells. Advanced Energy Materials. 1 (3), 415-421 (2011).
- Tehrani, S., Chen, E., Durlam, M., DeHerrera, M., Slaughter, J. M., Shi, J., Kerszykowski, G. High density submicron magnetoresistive random access memory (invited). Journal of Applied Physics. 85 (8), 5822-5827 (1999).
- Ross, C. A., et al. Fabrication of patterned media for high density magnetic storage. Journal of Vacuum Science & Technology B. 17, 3168 (1999).
- Gu, M., Zhang, Q., Lamon, S. Nanomaterials for optical data storage. Nature Reviews Materials. 1, 16070 (2016).
- Mock, J. J., Barbic, M., Smith, D. R., Schultz, D. A., Schultz, S. Shape effects in plasmon resonance of individual colloidal silver nanoparticles. The Journal of Chemical Physics. 116 (15), 6755-6759 (2002).
- Su, K. -. H. A., et al. Interparticle Coupling Effects on Plasmon. Resonances of Nanogold Particles, Nano Letters. 3 (8), 1087-1090 (2003).
- Lee, K., El-Sayed, M. A. Gold and Silver Nanoparticles in Sensing and Imaging: Sensitivity of Plasmon Response to Size, Shape, and Metal Composition. The Journal of Physical Chemistry B. 110 (39), 19220-19225 (2006).
- Grzelczak, M., Prez-Juste, J., Mulvaney, P., Liz-Marzn, L. M. Shape control in gold nanoparticle synthesis. Chemical Society Reviews. 37 (9), 1783-1791 (2008).
- Ye, J., Thompson, C. Templated Solid-State Dewetting to Controllably Produce Complex Patterns. Advanced Materials. 23 (13), 1567-1571 (2011).
- Huang, J., Kim, F., Tao, A., Connor, S., Yang, P. Spontaneous formation of nanoparticle stripe patterns through dewetting. Nature Materials. 4, 896-900 (2005).
- Hughes, R. A., Menumerov, E., Neretina, S. When lithography meets self-assembly: a review of recent advances in the directed assembly of complex metal nanostructures on planar and textured surfaces. Nanotechnology. 28 (28), 282002 (2017).
- Kim, D., Giermann, A. L., Thompson, C. V. Solid-state dewetting of patterned thin films. Applied Physics Letters. 95 (25), 251903 (2009).
- Fowlkes, J. D., Doktycz, M. J., Rack, P. D. An optimized nanoparticle separator enabled by electron beam induced deposition. Nanotechnology. 21 (16), 165303 (2010).
- White, B. C. A., et al. The Effect of Different Thickness Alumina Capping Layers on the Final Morphology of Dewet Thin Ni Films. Applied Physics A. 124 (3), 233 (2018).
