Name: flow-assisted dielectrophoresis: a low cost method for the fabrication of high performance solution-processable nanowire devices
Uploaded: 2017-12-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 14 s
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Die Autoren möchten ESPRC und BAE Systeme für finanzielle Unterstützung und Prof. Brian A. Korgel und seiner Gruppe für die Lieferung von SFLS gewachsen Silizium-Nanodrähte, die in dieser Arbeit danken.

Achtung: Alle Verfahren, es sei denn anders angegeben statt in einem Reinraum Umwelt und Risikobewertungen wurden durchgeführt, um während der Nanodrähte und Umgang mit Chemikalien Sicherheit zu gewährleisten. Nanomaterialien können haben eine Reihe von Auswirkungen auf die Gesundheit als der sind noch unbekannt, und damit mit entsprechenden behandelt werden sollte um21.
Hinweis: Der Prozess beginnt mit der Vorbereitung der Substrate, gefolgt von den Photolithographie und Metall Abscheidung Einstieg, die DEP-Kontakte zu definieren. Die Nanodrähte sind dann über DEP montiert und ein weitere optionale photolithographische und Metal Deposition Schritt kann durchgeführt werden, um Top-Kontakten auf Nanodrähte einzahlen. Die Nanowire Transistor Geräte Strom-Spannungs-Kennlinien sind dann gemessen mit einem Halbleiter-Charakterisierung-Kit.
1. Vorbereitung der Untergründe
<ol><li>Schneiden Sie einen dotierten n-Typ Silizium/Kohlendioxid Siliziumwafer in passenden Größen, z.B., 2,5 cm2.</li>
	<li>Während des Schneidens, gewährleisten Sie die Oberfläche des Wafers nicht berührt oder zerkratzt ist.</li>
	<li>Führen Sie eine Diamant-Scriber über die Oberfläche in einer kontinuierlichen Bewegung, einen Schnitt zu machen.</li>
	<li>Aufteilen des Wafers entlang des Schnitts.</li>
	<li>Legen Sie die Proben auf ein Substrat-Halter und für 5 min in einem Ultraschall Bad bei 100 % Leistung (450 W), zunächst in entionisiertem Wasser, dann Aceton und schließlich Isopropanol (IPA) beschallen. Hinweis: Siehe Tabelle der Materialien für CAS-Nummern und Lieferanten.</li>
	<li>Trocknen Sie die Substrate mit einer Stickstoff-Pistole, verbleibenden IPA oder Staub von der Oberfläche zu entfernen.</li>
	<li>Plasma-Asche die Proben im Sauerstoffplasma bei 100 W für 5 min, keine verbleibenden organischen Rückstände zu entfernen.</li>
</ol>(2) Photolithographie Bilayer Prozess für Kontakte
Hinweis: Ein Bilayer Photolithographie Prozess dient zur Elektroden zu erstellen. Die Fotolithografie-Verfahren erfolgt in einem gelben Raum zum Verfall der Photoresist Materialien zu verhindern.
<ol><li>Erhitzen der Probe bei 150 ° C für 15 min mit einer Kochplatte, um restliches Wasser von der Oberfläche zu entfernen. Hinweis: Dies ist Haftung von Fotolack zu gewährleisten; chemischen Primern wie HMDS können aber auch verwendet werden.</li>
	<li>Entfernen Sie die Probe von der Heizplatte und legen Sie es auf einem Spin Coater.</li>
	<li>Mit einer Pipette, fallen Sie etwa 1 mL der Fotolack A auf der Oberfläche, bis die gesamte Probe gleichmäßig bedeckt ist. Hinweis: Siehe Tabelle der Materialien für die genaue Photolack verwendet.</li>
	<li>Drehen Sie die Probe bei 4.000 u/min für 45 s, herstellen eine Schichtdicke von ca. 250 nm. Wenn Elektroden dicker als 150 sind nm sind hinterlegt werden, dieses Rezept zu ändern.</li>
	<li>Entfernen Sie die Probe aus der Spin Coater und legen Sie sie auf einer Herdplatte bei 150 ° C für 5 Minuten.</li>
	<li>Entfernen Sie die Probe von der Herdplatte und lassen Sie die Probe für 5 min in einer 50 % Luftfeuchtigkeit Box ruhen. Damit soll Rehydratation der Fotolack22sichergestellt. Hinweis: Wenn die Luftfeuchtigkeit des Labors größer als 50 % ist, kann die Probe zur Ruhe in der Luft gelassen werden.</li>
	<li>Legen Sie die Probe wieder auf den Spin Coater und pipette etwa 1 mL der Fotolack B auf der Oberfläche des Substrats.</li>
	<li>Drehen Sie die Probe bei 3.500 u/min für 45 s, geben eine Schichtdicke von etwa 500 nm.</li>
	<li>Legen Sie die Probe auf eine Herdplatte bei 120 ° C für 2 min.</li>
	<li>Entfernen Sie die Probe von der Herdplatte und in einer 50 %-Feuchtigkeit-Box für 5 min ruhen lassen.</li>
	<li>Setzen Sie die Probe mit einem Mask Aligner und Fotomaske mit UV-Licht für 6,7 s für insgesamt 180 mJ der Exposition. Hinweis: Der genaue Strahlendosis müssen je nach einem bestimmten Modell Mask Aligner angepasst werden.</li>
	<li>Entfernen Sie die Probe aus der Mask-Aligner und entwickeln durch Eintauchen in Photoresist Entwickler für 30 s. Hinweis: Siehe Tabelle der Materialien für die genaue Entwickler.</li>
	<li>Entfernen Sie die Probe aus der Entwickler, Tauchen Sie die Probe in entionisiertem Wasser ein und spülen Sie ihn um den Entwicklungsprozess zu stoppen.</li>
	<li>Überprüfen Sie die Fotolithografie mit einem optischen Mikroskop. Ein Polarisator lässt sich die Hinterschneidung Bilayer zu überprüfen, die als schwache Linien rund um den Kanal angezeigt werden soll. Die Zeit kann eingestellt werden, wenn zuviel oder zwei etwas unterboten wird erreicht.</li>
</ol>3. Abscheidung von Metall-Kontakte
Hinweis: Electron Beam (E-Beam) Ablagerung wird verwendet, um die Elektroden auf die vorbereiteten Photoresist einzahlen. Dabei können auch thermische Verdampfer oder andere Arten von dünnen Metallfilm Ablagerung Techniken.
<ol><li>Legen Sie die Proben in der E-Beam-Kammer; Pumpen Sie ihn nach unten, bis ein hohes Vakuum erreicht ist. In diesem Fall wird ein Vakuum von ca. 1 x 10-6 mTorr erreicht.</li>
	<li>Kaution 2-6 nm Titan fungiert als eine Adhäsion Schicht von 30 gefolgt nm Gold für die DEP-Kontakte.</li>
	<li>Entfernen Sie die Proben aus der E-Beam-Kammer.</li>
	<li>Führen Sie die Lift-off durch die meisten Photoresist und überschüssiges Metall entfernen. Dies geschieht, indem man die Proben in ein Becherglas Photoresist Entferner für 15 Minuten.</li>
	<li>Entfernen Sie die Proben aus den Becher von Fotolack Remover A und legen Sie in eine andere saubere Becher mit Fotolack Entferner für weitere 15 min. Dies soll verhindern, dass großen Metall-Partikel absetzen auf die Probe.</li>
	<li>Komplette abheben durch beschallen den Becher für 5 min bei 50 % Leistung.</li>
	<li>Entfernen Sie die Proben aus dem Bad by-One, um jedes Material mit IPA zu verhindern, dass unerwünschte Metallpartikel Abrechnung zwischen Elektroden abspülen zu gewährleisten. Hinweis: Die Elektroden sind nun für die DEP-Ausrichtung von Nanodrähten bereit.</li>
</ol>(4) DEP von Nanodrähten
<ol><li>Bereiten Sie eine Lösung aus Silikon oder anderen Nanodrähte in Anisole ca. 1 µg/mL Konzentration. In diesem Experiment ist die Lösung kurz sonorisiert für 15 s an der niedrigsten Energie Einstellung möglich, Flockung zu entfernen. Andere Lösungsmittel wie Toluol und N, N-Dimethylformamid (DMF)1verwendbar</li>
	<li>Überprüfen Sie die Lösung per Drop 10 µL der Nanodraht Formulierung auf ein Opfer Substrat gießen.</li>
	<li>Inspizieren Sie das Substrat mit hinterlegten Nanodrähte mit einem polarisierten optischen Mikroskop (POM). Die Silizium-Nanodrähte sind doppelbrechenden und kann daher leicht in POM gesehen werden. Wenn keine Nanodraht Klumpen sichtbar sind, und die meisten Nanodrähte auf dem Substrat gut dispergiert sind, dann die nächste Stufe beginnen kann, sonst die Lösung erneut beschallten ist und Nanodraht-Konzentration muss u. u. angepasst werden. Dauert möglicherweise mehrere Versuche, die korrekte Nanodraht-Dispersion zu erreichen.</li>
	<li>Legen Sie die vorbereiteten Probe mit Elektroden auf 30° (vs. Horizont) geneigt Plattform mit dem Gerätekanal horizontal ausgerichtet. Die Dispersion Flussrichtung muss senkrecht zu den Elektroden Kanten ermöglicht eine effizientere Nanodraht Ausrichtung.</li>
	<li>Wenden Sie sich an den Elektroden mit Mikro-Sonden mit einem Frequenz-Generator1verbunden.</li>
	<li>Stellen Sie die gewünschte Frequenz und Spannung auf der Frequenz-Generator sind. Verwenden Sie in diesem Experiment eine DEP Signalspannung von 10 V Spitze-Spitze und einem 1 MHz-Sinus. Hinweis: Erhöhung der Frequenz bis zu helfen 20 MHz um Nanodrähte mit hoher Leitfähigkeit und niedriger Falle Dichte1,2zu sammeln. Siehe Hinweis1 für ein ausführliches Gespräch. DEP Signal Frequenzbereich angegeben hier erhielt durch die Durchführung SFLS Si Nanodrähte Impedanz Spektroskopie und Sammlung Zeitanalyse, wie in Hinweis1beschrieben. Andere Arten von Nanodrähten mit höherer oder niedrigerer Kosten Träger Mobilität, dotierten Nanodrähte, oder Nanodrähte durch andere Wachstum Methoden erhalten können verschiedene DEP Signal Frequenzbereich führt die Sammlung von hoher Qualität-Nanodrähten.</li>
	<li>Schalter auf der Frequenz-Generator- and -drop ca. 10 µL Nanodraht-Lösung mit einer Mikropipette auf der Gerätebereich. Hinweis: Platzieren die Probe in einem Winkel (30°) hilft, um eine Schwerkraft-unterstützte langsame Strömung der Flüssigkeit zu schaffen. Alternativ kann eine Kapillarwirkung mit einem Objektträger verwendet6.</li>
	<li>Gelten die DEP Signal für 30 s und dann ausschalten der Frequenz-Generator.</li>
	<li>Entfernen Sie die Probe und spülen Sie sehr sanft mit IPA ab.</li>
	<li>Trocken-aus der Stichprobe sehr sanft mit einem Stickstoff-Gun. Eine polarisierte Lichtmikroskop kann verwendet werden, um überprüfen die Probe und stellen die Parameter Hinweis: Die DEP-Signalspannung, Frequenz und die Nanowire Dispersion Dichte einstellbar um eine reproduzierbare gewünschte Dichte von Nanodrähten aus ein paar Nanodrähte auf wenige hundert pro Gerät1,2zu erreichen.</li>
</ol>(5) Ablagerung von einer sekundären Metallschicht
<ol><li>Um verbesserte Strominjektion in NW-FETs zu erreichen, gelten Sie einen zweite metallischen Kontakt auf den Nanodraht. Hinweis: Dieser Kontakt Abscheidung folgt exakt dieselben Schritte als Abschnitte 2 und 3, in Photolithographie und Metallabscheidung, außer, dass nur eine Goldschicht abgeschieden wird.</li>
</ol>(6)-Spannungs-Charakterisierung der Nanodraht-Geräte
Hinweis: Die Proben sind nun abgeschlossen und können in späteren Experimenten verwendet werden oder ihre Eigenschaften-V gemessen werden, um Nanodraht FET elektrischen Eigenschaften herzustellen. Die gefertigten Geräte sind zurück-gated FETs, wo dotiertem Silizium-Wafer dient als gemeinsame Tor, und SiO2 Schicht dient als Gate-Dielektrikum.
<ol><li>Um elektrischen Kontakt mit dem Tor zu etablieren, entfernen Sie einen kleinen Bereich der Siliziumoxid am Rand der Probe ein Diamant Scriber.</li>
	<li>Verwenden Sie eine Stickstoff-Pistole, um keine unerwünschten Siliziumdioxid-Partikel zu entfernen.</li>
	<li>Platz drei Mikrosonden (Source, Drain und Gate) auf die gold Source-Drain-Elektrode-Kontakte mit dem Tor auf den Bereich mit Sonde entfernt SiO2.</li>
	<li>Verwenden Sie ein Halbleiter-Charakterisierung-System-Spannungs-Messungen durchführen.</li>
	<li>Transfer und Ausgabe-Scans von NW-FETs zu messen, wie diese geben Informationen über die Leistung des Gerätes und die elektrischen Eigenschaften der Nanodrähte1,17,23. Beachten Sie, dass Transfer Messungen stepping Source-Drain-Spannung und der geschwungenen Gate-Spannung. Die Ausgabe-Merkmale werden durch fegen Source-Drain-Spannung und das Eintreten der Gate-Spannung gemessen.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Constantinou, M., Rigas, G. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+Tunable+Selection+and+Self-Assembly+of+Si+Nanowires+from+Heterogeneous+Feedstock.">Simultaneous Tunable Selection and Self-Assembly of Si Nanowires from Heterogeneous Feedstock.</a> ACS Nano. , (2016).</li><li>Constantinou, M., Hoettges, K. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+determination+of+nanowires+electrical+properties+using+a+dielectrophoresis-well+based+system.">Rapid determination of nanowires electrical properties using a dielectrophoresis-well based system.</a> App. Phy. Lett. 110 (13), 1-6 (2017).</li><li>Huang, H., Lee, Y. C., Tan, O. 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Die Autoren bestätigen, dass es keine Interessenkonflikte.

Die erfolgreiche Fertigung und Leistung der Geräte hängen mehrere wichtige Faktoren. Dazu gehören Nanodraht Dichte und Verteilung in der Formulierung, die Wahl des Lösungsmittels, die Häufigkeit der Datenausführungsverhinderung und die Kontrolle über die Anzahl der Nanodrähte vorhanden auf dem Gerät Elektroden1.
Die entscheidenden Schritte bei der Erreichung wiederholbare Arbeitsgeräte gehört die Vorbereitung einer Nanodraht Formulierung ohne Cluster oder Klu...

Kontrollierbar und reproduzierbar Montage von Nanopartikeln in vordefinierten Substrat Standorte ist eine der größten Herausforderungen bei der Lösung verarbeitet elektronischen und photonischen Geräte nutzen halbleitende oder Durchführung von Nanopartikeln. Für high-Performance-Geräte ist es auch sehr vorteilhaft, Nanopartikel mit bevorzugte Größen und besondere elektronische Eigenschaften, wie zum Beispiel, hohe Leitfähigkeit und niedriger Dichte der Oberfläche Falle Staaten auswählen zu können. Trotz erheblicher Fortschritte in Nanomaterialien Wachstum, einschließlich Nanodraht und Nanotube Materialien einige Varianten von Nanopartikel Eigenschaften sind immer vorhanden und ein Auswahlschritt kann deutliche Leistungssteigerung Nanopartikel-basierten Gerät1 ,2.
Die Fluss-gestützte DEP-Methode demonstriert in diesem Werk soll den oben genannten Herausforderungen zu begegnen, zeigt steuerbare halbleitende Nanodrähte Montage auf metallischen Kontakten für high-Performance Nanodraht Feldeffekt-Transistoren. DEP löst viele Probleme der Nanodraht Gerät Herstellung in einem einzigen Schritt einschließlich Positionierung von Nanodrähten, Ausrichtung/Ausrichtung der Nanodrähte und Auswahl von Nanodrähten mit gewünschten Eigenschaften über DEP Signal Frequenz Auswahl1. DEP ist für zahlreiche andere Geräte von Gas-Sensoren3, Transistoren1, verwendet worden und RF schaltet4,5, um die Positionierung der Bakterien für Analyse7.
Die Datenausführungsverhinderung ist die Manipulation von Kopfprodukt Partikel über die Anwendung eines ungleichmäßigen elektrischen Feldes führt Nanodrähte Selbstmontage über die Elektroden8. Die Methode wurde ursprünglich entwickelt für die Manipulation von Bakterien9,10 , aber hat sich seitdem auf die Manipulation von Nanodrähten und Nanomaterialien erweitert worden.
DEP Lösung Verarbeitung von Nanopartikeln ermöglicht Gerät Halbleiterfertigung unterscheidet sich wesentlich von traditionellen Top-Down-Techniken, basierend auf mehreren Photomasking, Ionenimplantation, Hochtemperatur14, Glühen, und Ätzen Schritte. Da DEP Nanopartikel, die bereits synthetisiert wurde manipuliert, ist es ein Niedertemperatur-, Bottom-Up-Herstellung Technik11. Dieser Ansatz ermöglicht großflächige Nanodraht Geräte auf fast jedem Untergrund einschließlich temperaturempfindliche, flexiblen Kunststoffsubstraten6,12,13montiert werden.
In dieser Arbeit hohe Leistung p-Typ Silikon Nanowire Feldeffekt-Transistoren sind hergestellt mit Flow-gestützte DEP, und die FET-Strom-Spannungs-Charakterisierung durchgeführt. In dieser Arbeit verwendeten Silizium-Nanodrähte werden über die Super Flüssig Liquid Solid (SFLS) Methode15,16angebaut. Die Nanodrähte sind absichtlich dotiert und sind ca. 10-50 µm in der Länge und 30-40 nm im Durchmesser. Die SFLS Wachstum-Methode ist sehr attraktiv, da es Industrie skalierbare Mengen Nanodraht Materialien15anbieten kann. Die vorgeschlagenen Nanodraht Montage Methodik ist direkt auf andere Nanodraht Halbleitermaterialien wie InAs13, SnO23und GaN18anwendbar. Die Technik kann auch leitfähige Nanodrähte19 ausrichten und Nanopartikel in Elektrode Lücken20positionieren erweitert werden.

<table><tbody><tr><td>Silicon/silicon dioxide wafer, CZ method growth, 100mm diameter,&amp;nbsp; 300 nm oxide thermal growth,&amp;nbsp; n-doped phosphorus</td><td>Si-Mat (Silicon materials)</td><td>-</td><td>http://si-mat.com/</td></tr><tr><td>Acetone (200ml)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>W332615</td><td>-</td></tr><tr><td>Isopropanol (200ml)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>W292907</td><td>-</td></tr><tr><td>Deionised water (150ml)</td><td>On site supply</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Photoresist (A) SF6 PMGI under etch photoresit (approx 1 ml per sample)</td><td>Microchem&amp;nbsp;</td><td>-</td><td>http://microchem.com/pdf/PMGI-Resists-data-sheetV-rhcedit-102206.pdf</td></tr><tr><td>Photoresist (B) S1805 photoresit) (approx 1 ml per sample)</td><td>Microchem&amp;nbsp;</td><td>-</td><td>http://www.microchem.com/PDFs_Dow/S1800.pdf</td></tr><tr><td>Photoresist developer Microposit&amp;nbsp; MF319&amp;nbsp; (100ml)</td><td>Microchem&amp;nbsp;</td><td>-</td><td>http://microchem.com/products/images/uploads/MF_319_Data_Sheet.pdf</td></tr><tr><td>Photoresist remover Microposit remover 1165 (300ml (2 baths 150 each))</td><td>Microchem&amp;nbsp;</td><td>-</td><td>http://micromaterialstech.com/wp-content/dow_electronic_materials/datasheets/1165_Remover.pdf</td></tr></tbody></table>

flow-assisted dielectrophoresis: a low cost method for the fabrication of high performance solution-processable nanowire devices

Flow-gestützte Dielektrophorese (DEP) ist eine effiziente Self-assembly Methode für die steuerbare und reproduzierbare Positionierung, Ausrichtung und Auswahl von Nanodrähten. DEP ist für Nanowire Analyse, Charakterisierung, und für die Lösung-basierte Herstellung von halbleitenden Geräte verwendet. Die Methode funktioniert durch die Anwendung von einem elektrischen Wechselfeld zwischen metallischen Elektroden. Nanodraht-Formulierung fiel dann auf die Elektroden, die auf einer geneigten Fläche um einen Fluss von der Formulierung unter Nutzung der Schwerkraft zu erstellen sind. Die Nanodrähte ausrichten dann entlang dem Verlauf des elektrischen Feldes und in Richtung der Flüssigkeitsströmung. Die Frequenz des Feldes kann Nanodrähte mit überlegene Leitfähigkeit und niedriger Dichte Falle wählen angepasst werden.
In dieser Arbeit dient Fluss unterstützt DEP Nanodraht Feldeffekt-Transistoren erstellen. Flow-gestützte DEP hat mehrere Vorteile: es ermöglicht die Auswahl von Nanodraht elektrische Eigenschaften; Kontrolle der Nanodraht Länge; Platzierung von Nanodrähten in bestimmten Bereichen; Kontrolle der Ausrichtung der Nanodrähte; und Kontrolle der Nanodraht-Dichte im Gerät.
Die Technik kann für viele andere Anwendungen wie Gas-Sensoren und Mikrowelle Schalter erweitert werden. Die Technik ist effizient, schnell, reproduzierbar, und es verwendet eine minimale Menge der verdünnten Lösung, wodurch es ideal für die Erprobung neuartiger Nanomaterialien. Wafer Scale Versamlung Nanodraht Geräte kann auch erzielt werden mit dieser Technik, so dass große Anzahl von Proben für die Prüfung und großflächige elektronische Anwendungen.

Bilayer Photolithographie Ergebnisse in sauberen definiert stark Elektroden. Im Beispiel (Abbildung 1A) wurde Inter digitated Finger Struktur mit einer Kanal-Länge von 10 µm verwendet. Diese Strukturen ermöglichen eine große Fläche für die maximale Anzahl von Nanodrähten montieren, wenn die Datenausführungsverhinderung Gewalt angewendet wird. Abbildung 1 b zeigt eine schematische Darstellung des unteren Tor Nanodraht FET ...

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Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

In diesem Papier, Fluss assistierten Dielektrophorese sich für zeigt die Selbstmontage von Nanodraht-Geräten. Die Herstellung einer Silikon Nanowire Feldeffekt-Transistors ist exemplarisch dargestellt.

Flow-gestützte Dielektrophorese: Eine kostengünstige Methode für die Herstellung von Hochleistungs-Lösung-verarbeitbare Nanodraht-Geräte

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

7.6K Aufrufe.  University of Surrey. In diesem Papier, Fluss assistierten Dielektrophorese sich für zeigt die Selbstmontage von Nanodraht-Geräten. Die Herstellung einer Silikon Nanowire Feldeffekt-Transistors ist exemplarisch dargestellt.

Serie: Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two electrodes-and generating them in practical quantities-is still challenging. The preparation of nanogap electrodes using nanoskiving, which is a form of edge lithography, is a fast, simple and powerful technique. This method is an entirely mechanical process which does not include any photo- or electron-beam lithographic steps and does not require any special equipment or infrastructure such as clean rooms. Nanoskiving is used to fabricate electrically addressable nanogaps with control over all three dimensions; the smallest dimension of these structures is defined by the thickness of the sacrificial layer (Al or Ag) or self-assembled monolayers. These wires can be manually positioned by transporting them on drops of water and are directly electrically-addressable; no further lithography is required to connect them to an electrometer.

The fabrication of electrically addressable, high-aspect-ratio (> 1000:1) metal nanowires separated by gaps of single nanometers using either sacrificial layers of aluminum and silver or self-assembled monolayers as templates is described. These nanogap structures are fabricated without a clean room or any photo- or electron-beam lithographic processes by a form of edge lithography known as nanoskiving.

Fabricating Nanogaps durch Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two ...

Forschung

Chemie

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Ingenieurwesen

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Kontakt Dotierung von Silizium-Oberflächen und Nanodrähte Mit Phosphororganische Verbindungen

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Fabrication of Carbon Nanotube High-Frequency Nanoelectronic Biosensor for Sensing in High Ionic Strength Solutions

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them good candidates for high sensitivity biosensors. When a charged molecule binds to such a sensor surface, it alters the carrier density5 in the sensor, resulting in changes in its DC conductance. However, in an ionic solution a charged surface also attracts counter-ions from the solution, forming an electrical double layer (EDL). This EDL effectively screens off the charge, and in physiologically relevant conditions ~100 millimolar (mM), the characteristic charge screening length (Debye length) is less than a nanometer (nm). Thus, in high ionic strength solutions, charge based (DC) detection is fundamentally impeded6-8.
We overcome charge screening effects by detecting molecular dipoles rather than charges at high frequency, by operating carbon nanotube field effect transistors as high frequency mixers9-11. At high frequencies, the AC drive force can no longer overcome the solution drag and the ions in solution do not have sufficient time to form the EDL. Further, frequency mixing technique allows us to operate at frequencies high enough to overcome ionic screening, and yet detect the sensing signals at lower frequencies11-12. Also, the high transconductance of SWNT transistors provides an internal gain for the sensing signal, which obviates the need for external signal amplifier.
Here, we describe the protocol to (a) fabricate SWNT transistors, (b) functionalize biomolecules to the nanotube13, (c) design and stamp a poly-dimethylsiloxane (PDMS) micro-fluidic chamber14 onto the device, and (d) carry out high frequency sensing in different ionic strength solutions11.

We describe the device fabrication and measurement protocol for carbon nanotube based high frequency biosensors. The high frequency sensing technique mitigates the fundamental ionic (Debye) screening effect and allows nanotube biosensor to be operated in high ionic strength solutions where conventional electronic biosensors fail. Our technology provides a unique platform for point-of-care (POC) electronic biosensors operating in physiologically relevant conditions.

Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen Hochfrequenztechnik Nanoelectronic Biosensor für Sensing in hoher Ionenstärke Lösungen

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them ...

Biotechnik

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its transparency. Due to the softness of the PDMS material, however, it is challenging to use PDMS for building nanochannels. The channels tend to collapse easily during plasma bonding. In this paper, we present an evaporation-driven self-assembly method of silica colloidal nanoparticles to create nanofluidic junctions with sub-50 nm pores between two microchannels. The pore size as well as the surface charge of the nanofluidic junction is tunable simply by changing the colloidal silica bead size and surface functionalization outside of the assembled microfluidic device in a vial before the self-assembly process. Using the self-assembly of nanoparticles with a bead size of 300 nm, 500 nm, and 900 nm, it was possible to fabricate a porous membrane with a pore size of ~45 nm, ~75 nm and ~135 nm, respectively. Under electrical potential, this nanoporous membrane initiated ion concentration polarization (ICP) acting as a cation-selective membrane to concentrate DNA by ~1,700 times within 15 min. This non-lithographic nanofabrication process opens up a new opportunity to build a tunable nanofluidic junction for the study of nanoscale transport processes of ions and molecules inside a PDMS microfluidic chip.

We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.

Erstellen von Unter 50 Nm nanofluidische Junctions in PDMS mikrofluidischen Chip über Selbstorganisation von kolloidalen Teilchen

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

Die Herstellung von Voll Lösung verarbeitet Anorganische Nanokristalline Photovoltaik-Anlagen

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape method or individual WS2 nanotubes by dispersing the suspension of WS2 nanotubes. The selected samples have been fabricated into devices by the use of the electron beam lithography and electrolyte is put on the devices. We have characterized the electronic properties of the devices under applying the gate voltage. In the small gate voltage region, ions in the electrolyte are accumulated on the surface of the samples which leads to the large electric potential drop and resultant electrostatic carrier doping at the interface. Ambipolar transfer curve has been observed in this electrostatic doping region. When the gate voltage is further increased, we met another drastic increase of source-drain current which implies that ions are intercalated into layers of WS2 and electrochemical carrier doping is realized. In such electrochemical doping region, superconductivity has been observed. The focused technique provides a powerful strategy for achieving the electric-filed-induced quantum phase transition.

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Here, we present a protocol to control the carrier number in solids by using the electrolyte.

Elektrisches Feld Kontrolle der elektronischen Zustände in WS2 Nanosysteme durch Elektrolyt Anspritzung

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Iron Nanowire Fabrication by Nano-Porous Anodized Aluminum and its Characterization

Magnetic nanowires possess unique properties that have attracted the interest of different fields of research, including basic physics, biomedicine, and data storage. We demonstrate a fabrication method for iron (Fe) nanowires&#160;via electrochemical deposition into anodic&#160;alumina oxide (AAO) templates. The templates are fabricated by anodization of aluminum (Al) discs, and the pore length and diameter are controlled by changing the anodizing conditions. Pores with an average diameter of around 120 nm are created using oxalic acid as the electrolyte. Using this method, cylindrical nanowires are synthesized, which are released by dissolving the alumina using a selective chemical etchant.

In this work, we describe a&#160;protocol to fabricate iron nanowires, including the formation of the porous alumina membrane that is used as the template, electrodeposition into templates using electrolyte solution, and the release of the nanowires into the solution.

Eisen-Nanodraht-Fertigung durch nanoporöses eloxiertes Aluminium und seine Charakterisierung

Magnetic nanowires possess unique properties that have attracted the interest of different fields of research, including basic physics, biomedicine, and ...