Este trabajo fue apoyado por un contrato de DARPA (N66001-08-C-2040) y por una subvención del Fondo de Tecnologías Emergentes del Estado de Texas. Los autores desean reconocer Jiyoung Kim, Greg Mordi, Angela Azcatl, y Tom Scharf por sus contribuciones relacionadas con selectiva deposición de capas atómicas, así como Wallace Martin y Gordon Pollock para el procesamiento de muestras ex situ.

1. Ex-Situ Preparación de la muestra <ol><li> Preparar fichas <ol><li> Diseño máscara de ataque apropiado para poner la identificación de marcadores en el Si (100) oblea. El uso de la litografía óptica estándar y RIE, grabar una cuadrícula de líneas como marcas de referencia en la oblea de la que se tomarán muestras de MCI. Las líneas deben ser de 10 micras de ancho, 1 m de profundidad, y en el terreno de juego de 500 micras. Después del grabado, la tira restante de la muestra de resina fotosensible. Nota: Las marcas de referencia deben ser identificables in situ para localización de la punta en la muestra, así como en el AFM y SEM durante la metrología. </li><li> Proteja la superficie de la oblea mediante la aplicación táctica estándar de cinta azul cortado en dados, con el lado pegajoso hacia abajo. </li><li> Obleas dados en los chips utilizando un diamante con punta de corte en cuadritos de cerámica vio en tamaños adecuados para la herramienta específica UHV-STM que se utiliza para realizar el HDL. Aquí, las muestras eran 8,1 mm x 8,1 mm cuadrados. </li></ol></li><li> Después de cortar en cubitos, preparar el chip para la inserción en herramienta de modelado UHV-STM suavementequitando la cinta cortar en cubitos, teniendo cuidado de no tocar chip con cualquier herramienta que contienen níquel que inducirán una reconstrucción de la superficie desfavorable después de UHV de preparación en el apartado 2 siguiente. <ol><li> Chip de Clean enjuagando la cara frontal para 10 seg cada uno con corrientes de acetona, alcohol isopropílico, metanol, y agua desionizada, respectivamente, mientras que agarre los lados de la muestra con politetrafluoroetileno (PTFE) pinzas. Por último, secar con ultrapura N2 o Ar, siendo agarre con pinzas de teflón. </li><li> Chip de la muestra en el Monte portamuestras STM utilizando métodos adecuados para la herramienta específica UHV-STM que se utilizará para el HDL. <ol><li> Si se monta en un soporte de la muestra que contiene níquel, tantalio cortar tiras de barrera de aluminio (aprox. 4 mm de altura de la muestra), utilizando tijeras de titanio. Tiras de papel de aluminio sonicar durante 5 min cada uno en acetona ultrapura, alcohol isopropílico, metanol, y agua DI, respectivamente. Seque con ultrapura gas N2 cubriendo parcialmente un vaso de precipitados con papel de aluminio e inyectaring una boquilla de N 2 en la abertura. Flujo de gas hasta que todo el líquido se haya evaporado. El uso de níquel pinzas libres, forma de lámina alrededor termina de la muestra a continuación en la abrazadera soporte de muestras para aislar partes delantera y trasera de la muestra de soporte de la muestra. </li></ol></li><li> Después del montaje, el plasma de la muestra limpia y soporte de la muestra en el plasma de oxígeno para eliminar la contaminación de carbono. 28 </li></ol></li></ol> 2. UHV Preparación de la muestra <ol><li> Introducir la muestra en el sistema de UHV a través de carga de bloqueo u otro método UHV-safe preferido para que el procesamiento de UHV y HDL normalmente pueden permanecer por debajo de 1,3 x 10 -9 mbar (excepto el paso 2.5.1.1 abajo). </li><li> Degas O / N a 650 ° C, el control de la temperatura con un pirómetro. Asegúrese de que la presión de la cámara está dentro de 25% del fondo. En el caso descrito aquí, las presiones de fondo típicos son de aproximadamente 4,5 x 10 -10 mbar. </li><li> Degas tungsteno agrietamiento por hidrógeno filamento a 1500 ° C durante 5 min.Activar las bombas de sublimación de titanio, si es posible. </li><li> Realizar muestras ciclo &quot;Flash&quot;. <ol><li> Flash muestra por calentamiento a 1250 ° C durante 20 seg, el seguimiento T con pirómetro y el uso de un / seg gradiente de calentamiento 10 ° C. No exceda una presión máxima de 7 x 10 -9 mbar. Enfriar mediante la eliminación de corriente de calentamiento en menos de 5 seg. </li><li> Resto muestra a 350 ° C durante 5 min. para permitir que la presión para recuperar al inicio del estudio. Repita 3 veces. </li></ol></li><li> Realizar muestra pasivación. <ol><li> Establecer temperatura de la muestra a 350 ° C usando un pirómetro para controlar la temperatura. Introducir 1,3 x 10 -6 mbar H ultrapura 2 en la cámara de preparación utilizando la válvula de escape. <ol><li> Ponga una trampa fría en la línea H 2 muy cerca de una válvula de escape en el sistema con el fin de purificar más H 2. </li><li> Si es posible, el sistema de alta velocidad de la bomba turbo en lugar de una bomba de iones bombear. Esto es por lo que la bomba de iones no contamine la muestra de ser exposed a los altos contaminantes presionado y expulsión. Las bombas se pusieron de nuevo en el estado normal después de la mayoría del hidrógeno se ha eliminado y la muestra está todavía caliente (350 ° C). </li></ol></li><li> Encienda hidrógeno tungsteno craqueo filamento a una temperatura de 1400 ° C durante 12 minutos, luego apague filamento y H 2 flujo de gas. Muestra Enfriar a temperatura ambiente. </li></ol></li></ol> 3. Scanning Tunneling Microscopía y Litografía <ol><li> Transferir la muestra para STM, y llevar la muestra y STM punta en gama de túneles. Utilizando una cámara con poder de resolución superior a un tamaño de punto de 20 micras, tome de alta resolución de imagen óptica de unión de punta-muestra. Enderezar y cambiar el tamaño de la imagen óptica de modo que representa una reproducción sin distorsión de las marcas de referencia. </li><li> Retire cualquier iluminación para reducir las inestabilidades térmicas del sistema. Determinar la calidad superficial. <ol><li> Utilizando técnicas de MCI convencionales con sesgo muestra de -2,25 V y 200 pA, identificar la adormecidaer de defectos en la superficie. </li><li> Si los defectos superficiales están por debajo de los niveles aceptables, pasar al siguiente paso. Niveles de defectos máximos aceptables son tan seguido: lazos que cuelgan de un 1%; Las vacantes de Si de 3%; contaminantes de 1%. </li></ol></li><li> Patrones de diseño de HDL a ser producidos, incluyendo tanto los patrones experimentales y grandes (1 micras x 1 m) los patrones de identificación serp. Los patrones serp deben elaborarse con un largo eje vector perpendicular al eje de exploración espera AFM rápido, usando un tono de 15 a 20 nm. Fractura patrón general en formas fundamentales para definir la trayectoria seguida por la punta cuando se aplican condiciones de HDL. 24 </li><li> El uso de salidas de vector de la etapa anterior, realice HDL usando el modo de litografía FE para las áreas grandes con sesgo de la muestra de 7-9 V, corriente de 1 nA, y 0,2 mC / cm y la litografía modo AP para áreas pequeñas o aquellas áreas que requieren bordes precisión atómica . 24 <ol><li> Determinar óptimas condiciones AP modo de litografía por performing HDL con una variedad de condiciones con sesgo de la muestra oscila entre 3,5 y 4.5 V, la corriente que van del 2 al 4 nA, y la línea de dosis que varían del 2 al 4 mC / cm. Elija condiciones que producen la línea más estrecha completamente depassivated. </li></ol></li><li> Realizar STM metrología en las áreas de HDL modelado deseados por imágenes en -2,25 sesgo V muestra y 0.2 corriente túnel nA. <ol><li> [Opcional] Realizar la corrección de errores. Después de la metrología STM, comparar patrón despasivación en las imágenes de STM con el patrón deseado desde el paso 3.5. Si cualquier área muestran la formación de enlaces colgando insuficiente, repetir el ciclo de la litografía en esas áreas. </li></ol></li><li> Después de completar STM HDL, desenganche la punta de la muestra, y mover la muestra para cargar cerradura. </li><li> Vent y retire la muestra. Durante ventilación con ultrapura N 2, proteger la muestra poniéndola en contacto con, sustrato plano inerte como el zafiro limpio. 29 Después de protección de la superficie, cierre las válvulas a las bombas y luego introducen ventilar el gas como quicKLY posible. Retirar la muestra a partir del sistema. </li></ol> Transporte 4. Muestra <ol><li> Retire la muestra a partir de bloqueo de carga. Suelte muestra del soporte de muestra, incluyendo la eliminación de las piezas de lámina de barrera si es posible. El uso de PTFE (Ti) o pinzas, mover la muestra a transportador, manteniendo lado frontal de la muestra protegido, tratando de mantener la exposición del ambiente a menos de 10 min. </li><li> Instale la cubierta sobre la muestra y vagamente montar un transportador de la muestra a presión. Enjuagar con Ar ultrapura durante 1 minuto. No evacuar sistema en cualquier momento, o se puede producir daños en la superficie. 29 Por último, el transportador muestra sello con una pequeña presión positiva (~ 50 a 100 mbar) de Ar para que la muestra se mantiene estable hasta a un mes. </li></ol> 5. deposición de capas atómicas <ol><li> Asegúrese de que el ALD está a la temperatura adecuada deposición (100 ° C). Aumente lentamente la presión de argón en la cámara de ALD hasta que se haya alcanzado la presión atmosférica. </li><li> Cámara de ALD en Abrir. </li><li> Abrir transportador de muestra y rápidamente transferir a la cámara de ALD usando un par de pinzas de PTFE agarrar la muestra en el borde, a continuación, cierre la cámara de ALD y purgar el uso de un flujo de argón a una presión de &lt;2 × 10 -1 mbar durante 1 hora para desgasificar las muestra. Establecer un proceso para llevar a cabo 80 ciclos repetidos de ALD a crecer 2,8 nm de óxido de titanio amorfo. <ol><li> El uso de un sistema de ALD comercial sin modificar a una temperatura de la muestra de 100-150 ° C, con tetracloruro de titanio (TiCl 4) y agua (H 2 O) como precursores realizan la deposición con reactivos a presiones de 0,3 mbar y 0,8 mbar, con tiempos de pulso de 0,1 seg y 0,05 seg, respectivamente. 27 </li><li> Después de cada pulso de gas, purgar el reactor con Ar durante 60 segundos a 0,2 mbar para asegurar una mínima deposición de fondo debido a reactivos adsorbidas. Para las máscaras en este trabajo, 80 ciclos de duración limitada se utilizan para crecer aproximadamente 2,8 nm de óxido de titanio amorfo a 100 ° C. </li></ol&gt; </li><li> Poco a poco la cámara de ventilación ALD con gas Ar y abierto. Repita los pasos 4.1 y 4.2 para el transporte de muestras. </li></ol> 6. Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) <ol><li> Asegurar la calibración adecuada de la AFM según el protocolo del fabricante. Abrir transportador muestra y retire con cuidado la muestra con unas pinzas. </li><li> Después de retirar de transportador, instalar de forma segura la muestra en el AFM utilizando un método de montaje mecánico tal como un sistema de sujeción si es posible. Enfoque la cámara AFM sobre la muestra, y localizar las marcas fiduciales sobre la superficie de la muestra para alinear la punta del AFM con el patrón basado en la metrología óptica en el paso 3.2. </li><li> Asegúrese de que los ajustes de AFM mostrarán tanto la información de la altura y la fase y establecer el tamaño de escaneo para estar entre 20 y 40 micras de ancho. Involucrar a la punta del AFM sobre la muestra. </li><li> Uso de la información de la altura y de la fase en la resolución más alta, escanear hasta la región de los patrones de localización se identifican. Zoom en la re modeladoregión y localizar la región en la que se desea una imagen. </li><li> Tome una imagen de las regiones deseadas usando la calidad de imagen y resolución apropiada (típicamente la más alta posible). Una vez que todas las regiones deseadas han sido escaneados, desenganche la punta de la muestra. Descargue la muestra. Repita los pasos 4.1 y 4.2 para el transporte de muestras. </li></ol> 7. Reactive Ion Aguafuerte <ol><li> Chill reactor RIE capacitivamente acoplada a -110 ° C, a continuación, cargar la muestra en su cámara de introducción y bombear hasta 7,5 x 10 -6 mbar. <ol><li> Estabilizar la temperatura durante 3 min. A continuación, gire el gas con velocidades de flujo de O 2 a 8 sccm (centímetros cúbicos estándar por minuto), Ar a 40 sccm, y SF 6 a 20 sccm. </li><li> Huelga usando un plasma de descarga de RF 150 W, a continuación, modificar el flujo de gas para grabar durante 1 min usando SF 6 a 52 sccm y O 2 a 8 sccm. La interacción de estos gases con Si va a grabar a una velocidad de aproximadamente 20 nm / min. 30 </sup&gt; </li><li> Bomba de vacío de 7,5 x 10 -6 mbar. Vent sistema RIE. Repita los pasos 4.1 y 4.2 para el transporte de muestras. </li></ol></li></ol> 8. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) <ol><li> SEM de montaje de la muestra y la introducción de la muestra a sistema. <ol><li> Coloque la muestra no adhesivo de montaje en una ubicación conveniente para facilitar el montaje de la muestra. </li><li> Abrir transportador muestra y retire con cuidado la muestra con unas pinzas para agarrar la muestra por los bordes y segura instalación al monte de SEM, y luego introducir la muestra en el montaje SEM. </li><li> Vent y la cámara SEM abierta. Instalar de forma segura el montaje de la muestra a la fase de muestra SEM. Bomba abajo cámara de SEM. </li></ol></li><li> Localice los fiduciales. <ol><li> Traiga la ampliación a menor valor posible. Seleccione el voltaje y haz los ajustes actuales de aceleración que darían buena resolución. Comience con la configuración más aceptables. Sube según sea necesario. </li><li> Encienda el haz de electrones. Traiga la región generalde interés para la distancia de trabajo recomendada y altura eucéntrica. </li><li> Busque y centrarse en fiduciales descritas en el apartado 1.1. Ajustar la distancia de trabajo según sea necesario. Optimizar el enfoque, el brillo y el contraste. </li></ol></li><li> Localizar y la imagen de los patrones. <ol><li> En relación con los fiduciales, busque los modelos basados ​​en la metrología óptica de la sección 3.2 y AFM de metrología de la sección 6. Para reducir al mínimo la deposición de carbono en los patrones, optimizar el enfoque utilizando características no esenciales cercanas. Una vez optimizado, mover a los patrones y adquirir imágenes y mediciones vista en planta. </li><li> Si es necesario, incline la muestra de imágenes en 3D y mediciones de altura patrón. Para otros modelos, repetir de 8.3, según sea necesario. </li></ol></li><li> Realice la rutina de cierre del sistema SEM y desmontar muestra / s, según lo prescrito por el fabricante SEM. Asegure la muestra de nuevo en el transportador. </li><li> Repita los pasos 4.3 y 4.4 para el transporte y almacenamiento de muestras. En este punto, las muestras son robustos y puedenser almacenados por un período indefinido de tiempo. Realizar post-proyección de imagen analiza si es necesario. </li></ol>

<ol>
	<li>Yoffe, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-dimensional+systems:+quantum+size+effects+and+electronic+properties+of+semiconductor+microcrystallites+(zero-dimensional+systems)+and+some+quasi-two-dimensional+systems.">Low-dimensional systems: quantum size effects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimensional systems) and some quasi-two-dimensional systems.</a> Adv. in Phy. 42 (2), 173-262 (1993).</li><li>Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiconductor+Clusters,+Nanocrystals,+and+Quantum+Dots.">Semiconductor Clusters, Nanocrystals, and Quantum Dots.</a> Science. 271 (5251), 933-937 (1996).</li><li>Craighead, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoelectromechanical+Systems.">Nanoelectromechanical Systems.</a> Science. 290 (5496), 1532-1535 (2000).</li><li>Dai, M. D., Kim, C. -. W., Eom, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finite+size+effect+on+nanomechanical+mass+detection:+the+role+of+surface+elasticity.">Finite size effect on nanomechanical mass detection: the role of surface elasticity.</a> Nanotechnology. 22 (26), 265502 (2011).</li><li>Personick, M., Mirkin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+sense+of+the+mayhem+behind+shape+control+in+the+synthesis+of+gold+nanoparticles.">Making sense of the mayhem behind shape control in the synthesis of gold nanoparticles.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (C), 18238-18247 (2013).</li><li>Rothemund, P. W. K., Ekani-Nkodo, A., 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=Design+and+Characterization+of+Programmable+DNA.">Design and Characterization of Programmable DNA.</a> Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 26, 16344-16353 (2004).</li><li>Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon-based+molecular+nanotechnology.">Silicon-based molecular nanotechnology.</a> Nanotechnology. 11 (2), 70-76 (2000).</li><li>Eigler, D. M., Schweizer, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positioning+single+atoms+with+a+scanning+tunnelling+microscope.">Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope.</a> Nature. 344, 524-526 (1990).</li><li>Heinrich, A. J., Lutz, C. P., Gupta, J. A., Eigler, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+cascades.">Molecular cascades.</a> Science. 298, 1381-1387 (2002).</li><li>Crommie, M. F., Lutz, C. P., Eigler, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confinement+of+Electrons+to+Quantum+Corrals+on+a+Metal+Surface.">Confinement of Electrons to Quantum Corrals on a Metal Surface.</a> Science. 262 (5131), 218-220 (1993).</li><li>Shen, T. -. C., Wang, C., 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=Atomic-Scale+Desorption+Through+Electronic+and+Vibrational+Excitation+Mechanisms.">Atomic-Scale Desorption Through Electronic and Vibrational Excitation Mechanisms.</a> Science. 268, 1590-1592 (1995).</li><li>Randall, J. N., Lyding, J. W., 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=Atomic+precision+lithography+on+Si.">Atomic precision lithography on Si.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 27 (6), 2764-2768 (2009).</li><li>Tong, X., Wolkow, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-induced+H+atom+desorption+patterns+created+with+a+scanning+tunneling+microscope:+Implications+for+controlled+atomic-scale+patterning+on+H-Si(100).">Electron-induced H atom desorption patterns created with a scanning tunneling microscope: Implications for controlled atomic-scale patterning on H-Si(100).</a> Surf. Sci. 600 (16), L199-L203 (2006).</li><li>Hitosugi, T., Hashizume, T., 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=Scanning+Tunneling+Spectroscopy+of+Dangling-Bond+Wires+Fabricated+on+the+Si(100)-2x1-H+Surface.">Scanning Tunneling Spectroscopy of Dangling-Bond Wires Fabricated on the Si(100)-2x1-H Surface.</a> Jap. J. App. Phys, Pt 2 2. 36 (3B), L361-L364 (1997).</li><li>Bird, C. F., Fisher, A. J., Bowler, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soliton+effects+in+dangling-bond+wires+on+Si(001).">Soliton effects in dangling-bond wires on Si(001).</a> Phys. Rev B. 68, 115318 (2003).</li><li>Wolkow, R. A., Livadaru, L., 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=.">.</a> Beyond-CMOS Electronics. , 1-28 (2013).</li><li>Lyding, J. W., Shen, T. -. C., Hubacek, J. S., Tucker, J. R., Abeln, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+patterning+and+oxidation+of+H-passivated+Si(100)-2&#215;1+surfaces+with+an+ultrahigh+vacuum+scanning+tunneling+microscope.">Nanoscale patterning and oxidation of H-passivated Si(100)-2&#215;1 surfaces with an ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope.</a> App. Phys. Lett. 64 (15), 2010-2012 (1994).</li><li>Lyding, J. W., Shen, T. -. C., Abeln, G. C., Wang, C., Tucker, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+patterning+and+selective+chemistry+of+silicon+surfaces+by+ultrahigh-vacuum+scanning+tunneling+microscopy.">Nanoscale patterning and selective chemistry of silicon surfaces by ultrahigh-vacuum scanning tunneling microscopy.</a> Nanotechnology. 7, 128-133 (1996).</li><li>Owen, J. H. G., Ballard, J., Randall, J. N., Alexander, J., Von Ehr, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterned+Atomic+Layer+Epitaxy+of+Si+/+Si(001):H.">Patterned Atomic Layer Epitaxy of Si / Si(001):H.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F201 (2011).</li><li>Goh, K. E. J., Chen, S., Xu, H., Ballard, J., Randall, J. N., Ehr, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Von+Using+patterned+H-resist+for+controlled+three-dimensional+growth+of+nanostructures.">Von Using patterned H-resist for controlled three-dimensional growth of nanostructures.</a> App. Phys. Lett. 98 (16), 163102 (2011).</li><li>Ye, W., Pe&#241;a Martin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+writing+of+sub-5+nm+hafnium+diboride+metallic+nanostructures.">Direct writing of sub-5 nm hafnium diboride metallic nanostructures.</a> ACS Nano. 4 (11), 6818-6824 (2010).</li><li>Brien, J. L., Schofield, S. R., 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=Scanning+tunnelling+microscope+fabrication+of+arrays+of+phosphorus+atom+qubits+for+a+silicon+quantum+computer.">Scanning tunnelling microscope fabrication of arrays of phosphorus atom qubits for a silicon quantum computer.</a> Smart. 11 (5), 741-748 (2002).</li><li>Van Oven, J. C., Berwald, F., Berggren, K. K., Kruit, P., Hagen, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-beam-induced+deposition+of+3-nm-half-pitch+patterns+on+bulk+Si.">Electron-beam-induced deposition of 3-nm-half-pitch patterns on bulk Si.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F305 (2011).</li><li>Ballard, J. B., Sisson, T. W., 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=Multimode+hydrogen+depassivation+lithography:+A+method+for+optimizing+atomically+precise+write+times.">Multimode hydrogen depassivation lithography: A method for optimizing atomically precise write times.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 31 (6), 06FC01 (2013).</li><li>Randall, J. N., Ballard, J. B., 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=Atomic+precision+patterning+on+Si:+An+opportunity+for+a+digitized+process.">Atomic precision patterning on Si: An opportunity for a digitized process.</a> Microelec. Eng. 87 (5-8), 955-958 (2010).</li><li>Perrine, K. A., Teplyakov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactivity+of+selectively+terminated+single+crystal+silicon+surfaces.">Reactivity of selectively terminated single crystal silicon surfaces.</a> Chem. Soc. Rev. 39 (8), 3256-3274 (2010).</li><li>McDonnell, S., Longo, R. C., 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=Controlling+the+Atomic+Layer+Deposition+of+Titanium+Dioxide+on+Silicon:+Dependence+on+Surface+Termination.">Controlling the Atomic Layer Deposition of Titanium Dioxide on Silicon: Dependence on Surface Termination.</a> The J. Phys. Chem. C. 117 (39), 20250-20259 (2013).</li><li>Kane, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+cleaning+of+metal+surfaces.">Plasma cleaning of metal surfaces.</a> J. Vac. Sci. Tech. 11 (3), 567 (1974).</li><li>Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W., Thompson, D. S., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic-level+study+of+the+robustness+of+the+Si(100)-2&#215;1:H+surface+following+exposure+to+ambient+conditions.">Atomic-level study of the robustness of the Si(100)-2&#215;1:H surface following exposure to ambient conditions.</a> App. Phys. Lett. 78 (7), 886-888 (2001).</li><li>Agostino, R., Flamm, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+etching+of+Si+and+SiO2+in+SF6&#8211;O2+mixtures.">Plasma etching of Si and SiO2 in SF6&#8211;O2 mixtures.</a> J. App. Phys. 52 (1), 162 (1981).</li><li>Longo, R. C., McDonnell, S., 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=Selectivity+of+metal+oxide+atomic+layer+deposition+on+hydrogen+terminated+and+oxidized+Si(001)-(2&#215;1)+surface.">Selectivity of metal oxide atomic layer deposition on hydrogen terminated and oxidized Si(001)-(2&#215;1) surface.</a> J. Vac. Sci Tech. B. 32 (3), 03D112 (2014).</li><li>Ruess, F. J., Oberbeck, L., 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=The+use+of+etched+registration+markers+to+make+four-terminal+electrical+contacts+to+STM-patterned+nanostructures.">The use of etched registration markers to make four-terminal electrical contacts to STM-patterned nanostructures.</a> Nanotechnology. 16 (10), 2446-2449 (2005).</li><li>Ruess, F. J., Pok, W., 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=Realization+of+Atomically+Controlled+Dopant+Devices+in+Silicon.">Realization of Atomically Controlled Dopant Devices in Silicon.</a> Small. 3 (4), 563-567 (2007).</li><li>Li, K., Namboodiri, 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=Controlled+formation+of+atomic+step+morphology+on+micropatterned+Si+(100).">Controlled formation of atomic step morphology on micropatterned Si (100).</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (4), 041806 (2011).</li><li>Ballard, J. B., Owen, J. H. G., 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=Pattern+transfer+of+hydrogen+depassivation+lithography+patterns+into+silicon+with+atomically+traceable+placement+and+size+control.">Pattern transfer of hydrogen depassivation lithography patterns into silicon with atomically traceable placement and size control.</a> Journal of Vacuum Science and Technology B. 32 (4), 041804 (2014).</li><li>Gusev, E. P., Cabral, C., Copel, M., D&#8217;Emic, C., Gribelyuk, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=U+ltrathin+HfO+2+films+grown+on+silicon+by+atomic+layer+deposition+for+advanced+gate+dielectrics+applications.">U ltrathin HfO 2 films grown on silicon by atomic layer deposition for advanced gate dielectrics applications.</a> Microelectronic Engineering. 69, 145-151 (2003).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Realización de la metrología en las nanoestructuras descritos anteriormente requiere la capacidad de tender un puente sobre el posicionamiento de punta durante el HDL y el patrón de localización usando otras herramientas como AFM y SEM. En contraste con otras herramientas de modelado bien desarrollados con codificación de posición de alta resolución tales como la litografía por haz de electrones, la HDL realizado aquí se realizó con un STM sin ​​posicionamiento grueso bien controlada, por lo que se utiliza...

Como la nanotecnología se vuelve más importante en una amplia variedad de escenarios, la comprensión de las estructuras que se está formando gana importancia, sobre todo en los campos de la litografía y la electrónica. Para enfatizar la importancia de la metrología a escala nanométrica, específicamente a escalas inferiores a 10 nm, cabe señalar que una variación en el tamaño de la característica de sólo el 1 nm indica una variación fraccional al menos 10%. Esta variación puede tener implicaciones importantes para el rendimiento del dispositivo y el carácter material de 1,2 -. 4 Utilizando métodos de síntesis, las características individuales de manera muy precisa formados como puntos cuánticos u otras moléculas complejas pueden ser fabricados, 2,5,6 pero por lo general carecen de la misma precisión en la colocación de características y orientación, a pesar del trabajo para mejorar el tamaño y la colocación de control. Este trabajo demuestra un enfoque para la fabricación de nanoestructuras con cerca de precisión tamaño atómico y la precisión en la colocación atómica característica, así comocon la metrología atómica en la colocación función. Uso de la precisión atómica de Scanning Tunneling Microscope (STM) de hidrógeno inducida Despasivación Litografía (HDL), los patrones atómicamente precisos con contraste químicamente sensibles se forman sobre una superficie. La deposición de capa atómica selectivo (ALD), entonces se aplica un material de óxido duro en las áreas estampadas, con Reactive Ion Etching (RIE) en última instancia, la transferencia de los patrones en el material a granel, como se muestra esquemáticamente en la Figura 1. Combinando el proceso de HDL de alta precisión con la norma ALD y RIE procesa los resultados en un método flexible para producir nanoestructuras sobre una superficie con forma arbitraria y posicionamiento. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52900/52900fig1.jpg" /> Figura 1. nanofabricación Primaria pasos del proceso. Como un ejemplo, un cuadrado x 200 nm 200 nm se muestra. Cada flecha círculo indica un paso de exposición atmosférica y tRANSPORTE entre sitios. Después de UHV preparación de muestras, la muestra se modela usando UHV HDL seguido de STM metrología (arriba a la izquierda). ALD se realiza a continuación, seguido por AFM metrología (derecha). RIE transfiere los patrones en Si (100), seguido por SEM metrología (abajo a la izquierda). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52900/52900fig1large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> La litografía más precisa hasta la fecha por lo general implica técnicas de sonda escaneadas, patrones específicamente basada en STM donde resolución atómica patrón y funcionalización se ha demostrado para muchas aplicaciones. 7 nanoestructuras Anteriormente, manipulación átomo ha producido con la máxima precisión mediante el uso de átomos individuales como bloques de construcción, 8 , 9,10 pero las nanoestructuras necesarias condiciones criogénicas y por lo tanto carecían de largo plazo robustez. Manipulación átomo de RT por eliminación de átomos de hidrógeno de la superficie se ha demostrado, specificalLy HDL. 11,12,13 HDL promete permitir nuevas clases de dispositivos electrónicos y otras basadas en la localización espacial de contraste superficie. Uso de HDL sin más procesamiento, varias arquitecturas de dispositivos son posibles incluyendo colgando cables de bonos o dispositivos lógicos. 14,15,16 Además de proporcionar contraste eléctrica, HDL puede introducir contraste químico en la superficie donde se ha eliminado la capa de pasivación H, en efecto crear una plantilla para su posterior modificación química. Esta modificación química ha sido demostrada en el silicio y otras superficies, mostrando selectividad por la deposición de metales, 17 aisladores, 18 y semiconductores incluso. 16,19 Cada uno de estos ejemplos produce dos estructuras tridimensionales, por lo que otras etapas de procesamiento debe ser utilizado para producir verdadera tres estructuras tridimensionales con el control resuelto atómicamente prometido por HDL. Anteriormente, esto ha requerido patrón repetido, 19,20,21 recocido, 22 </sup&gt; o menos bien resuelto procesos como el haz de electrones a base de punta deposición inducida. 23 Similar a la litografía por haz de electrones, HDL utiliza un flujo de electrones localizados para exponer una resisten. Existen varias similitudes tales como la capacidad para realizar multi-modo de litografía con tamaño de punto variable y eficiencia patrones. 24 Sin embargo, el verdadero poder de HDL surge de qué se diferencia de la litografía por haz de electrones. En primer lugar, el resistir en HDL es una monocapa de hidrógeno atómico de modo que resisten la exposición se convierte en un proceso digital; el átomo de resistir que se aplica o no está presente. 25 Desde la colocación átomo de H corresponde a la de Si subyacente (100) celosía proceso HDL puede ser un proceso atómicamente precisa, aunque debe tenerse en cuenta que en este trabajo el HDL tiene una precisión nanométrica como en lugar de tener la perfección atómico y por lo tanto no es digital en este caso. Desde la fuente de electrones en HDL es local a la superficie, los diversos modos de funcionamiento STM facilitar tantooptimización de rendimiento, así como la comprobación de errores. En sesgos punta de la muestra por debajo de ~ 4,5 V, la litografía se puede realizar en el nivel átomo individual con precisión atómica, conocido como modo preciso (modo AP) Atómicamente. Por el contrario, en los prejuicios anteriores ~ 7 V, los electrones son emitidos directamente desde la punta hasta la muestra con anchuras de línea de ancho y altas eficiencias de despasivación, conocidos aquí como el modo de emisión de campo (modo FE). Caudales de HDL pueden entonces ser optimizadas por cuidadosa combinación de estos dos modos, a pesar de los caudales globales siguen siendo pequeño en relación a e-beam litografía con modelar hasta 1 m 2 / minuto posible. Cuando el sesgo se invierte de modo que la muestra se mantiene a ~ -2.25 V, los electrones túnel desde la muestra a la punta con muy baja eficiencia despasivación, permitiendo de este modo la inspección de la estructura atómica de la superficie tanto para la corrección de errores y para la metrología escala atómica . Este proceso de fabricación nanoestructura muestra en la Figura 1 </strong&gt; comienza con un paso UHV-HDL, como se describe anteriormente. Después de HDL, la muestra se ventila a la atmósfera, en cuyo momento las áreas estampadas se saturan con agua, formando una delgada (es decir, ~ 1 monocapa) SiO 2 capa. 26 Después del transporte, la muestra se introduce en una cámara de ALD para la deposición de titania (TiO 2), con espesores de alrededor de 2-3 nm deposita aquí, medida por AFM y. XPS 27 Puesto que la reacción de óxido de titanio depende de una saturación de agua de la superficie, este proceso es posible a pesar de la exposición atmósfera que satura la superficie con agua . A continuación, para transferir el patrón de máscara ALD en la masa de la muestra fue grabado usando RIE de modo que se elimina 20 nm de Si, con la profundidad de ataque determinado por AFM y SEM. A fin de facilitar los pasos de metrología, una (100) de la oblea de Si se modela con una rejilla de líneas que están diseñados para ser visible después de la preparación UHV por un microscopio óptico de larga distancia de trabajo, formación de imágenes ópticas AFM vista en planta, ybajo magnificación plan de visión de imágenes SEM. Para ayudar a identificar las estructuras a nanoescala, los patrones de 1 m 2 de serpentina (SERPs) se modelan en las muestras con las nanopatrones más aisladas situadas en ubicaciones fijas en relación con los SERPs. Esta combinación de HDL, ALD selectiva, y RIE puede ser un proceso importante para la fabricación de nanoestructuras, y que incluye un metrología escala atómica como un subproducto natural del proceso. A continuación, incluimos una descripción detallada de los pasos necesarios para fabricar-10 sub nanoestructuras nm en Si (100) utilizando el HDL, ALD selectiva y RIE. Se supone que uno es experto en cada uno de estos procesos, pero la información se incluirá relacionada a la manera de integrar los diversos procesos. Se prestará especial atención a aquellas dificultades inesperadas experimentados por los autores con el fin de evitar que las mismas dificultades, especialmente en relación con el transporte y la metrología.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Si Wafer</td>
			<td>VA Semiconductor</td>
			<td></td>
			<td>P type (Boron) Si&#60;100&#62; +/- 2 degrees, 280 mm +/- 25 mm thick, 0.01-0.02 ohm-cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ta foil</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>335</td>
			<td>0.025mm (0.001in) thick, 99.997% (metals basis)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19393</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19397</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19392</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Argon</td>
			<td>Praxair</td>
			<td></td>
			<td>Ultra high purity (grade 5.0)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>Milli-Q Water Purification System</td>
			<td>&#62;18 MW resistance water produced on demand.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TiCl4</td>
			<td>Sigma Aldrigh</td>
			<td>254312</td>
			<td>&#8805;99.995% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O2</td>
			<td>Matheson</td>
			<td>G2182101</td>
			<td>Research Grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SF6</td>
			<td>Matheson</td>
			<td>G2658922</td>
			<td>Ultra high purity (grade 4.7)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue Medium Tack Roll</td>
			<td>Semiconductor Equipment Corporation</td>
			<td>18074</td>
			<td>Thickness 75 um / .003&#8221;&#160; Length 200 M / 660&#8217;&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

atomically traceable nanostructure fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

En los casos descritos aquí, HDL se realiza usando multi-modo de litografía. 24 En el modo de FE, realizada con 8 V sesgo de la muestra, 1 nA, y 0,2 mC / cm (equivalente a 50 nm / seg velocidad de la punta), la punta se mueve sobre la superficie ya sea paralelo o perpendicular a la red de Si, la producción de líneas de despasivación. Mientras que esta forma lineal de punta es muy dependiente, en el caso aquí, la porción completamente depassivated de las líneas fue de aproximadamente 6 nm de ancho, con...

Watch this Scientific Journal Video about Atomically Traceable Nanostructure Fabrication at JoVE.com

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

La fabricación de nanoestructuras Atómicamente trazable

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

atomically-traceable-nanostructure-fabrication

Research

JoVE Journal

Engineering

8.6K vistas.  Zyvex Labs. We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated. 

Video: Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

La fabricación de óxidos complejos espacialmente confinados

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Investigación

Ingeniería

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Fabricación y Pruebas de microfluidos optomecánicos Osciladores

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Patrones través ópticos saturable Transiciones - Fabricación y Caracterización

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Fabricación y caracterización de resonadores superconductores

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

Fabricación de matrices Nanocup oro periódicas usando litografía coloidal

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

Fabricación de superficies metálicas superhidrófobos para aplicaciones anti-hielo

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with diverse customization options and favorable production methods is increasing continuously. With fused filament fabrication (FFF), it is possible to produce large and complex components quickly with high material efficiency. In FFF, a continuous thermoplastic filament is melted in a heated nozzle and deposited below. The computer-controlled print head is moved in order to build up the desired shape layer by layer. Investigations regarding printing of metals or ceramics are increasing more and more in research and industry. This study focuses on additive manufacturing (AM) with a multi-material approach to combine a metal (stainless steel) with a technical ceramic (zirconia: ZrO2). Combining these materials offers a broad variety of applications due to their different electrical and mechanical properties. The paper shows the main issues in preparation of the material and feedstock, device development, and printing of these composites.

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

This study shows multi-material additive manufacturing (AM) using fused filament fabrication (FFF) of stainless steel and zirconia.

Fabricación de filamento fundido (FFF) de componentes de Metal-cerámica

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending deformation and low input. However, their monotonous bending motion form in two-dimensional (2-D) space keeps them away from wide applications. This paper presents a detailed fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers, to explore their motions in three-dimensional (3-D) space. The design of oblique chambers enables actuators with tunable coupled bending and twisting capabilities, which gives them the possibility to move dexterously in flexible manipulators, to become biologically inspired robots and medical devices. The fabrication process is based on the molding method, including the silicone elastomer preparation, chamber and base parts fabrication, actuator assembly, tubing connections, checks for leaks, and actuator repair. The fabrication method guarantees the rapid manufacturing of a series of actuators with only a few modifications in the molds. The test results show the high quality of the actuators and their prominent bending and twisting capabilities. Experiments of the gripper demonstrate the advantages of the development in adapting to objects with different diameters and providing sufficient friction.

Here we present a fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers. The actuators are capable of generating coupled bending and twisting motions, which broadens their application in soft robotics.

Fabricación de actuadores de la red neumática suave con cámaras oblicuas

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Scalable Stamp Printing and Fabrication of Hemiwicking Surfaces

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. This wetting phenomenon is important in many technical fields ranging from physiology to aerospace engineering. Currently, several different techniques exist for fabricating hemiwicking structures. These conventional methods, however, are often time consuming and are difficult to scale-up for large areas or are difficult to customize for specific, nonhomogeneous patterning geometries. The presented protocol provides researchers with a simple, scalable, and cost-effective method for fabricating micro-patterned hemiwicking surfaces. The method fabricates wicking structures through the use of stamp printing, polydimethylsiloxane (PDMS) molding, and thin-film surface coatings. The protocol is demonstrated for hemiwicking with ethanol on PDMS micropillar arrays coated with a 70 nm thick aluminum thin-film.

A simple protocol is provided for the fabrication of hemiwicking structures of varying sizes, shapes, and materials. The protocol uses a combination of physical stamping, PDMS molding, and thin-film surface modifications via common materials deposition techniques.

Escalable de sello de impresión y fabricación de superficies de Hemiwicking

Hemiwicking is a process where a fluid wets a patterned surface beyond its normal wetting length due to a combination of capillary action and imbibition. ...

Fabrication and Design of Wood-Based High-Performance Composites

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber reinforced composites, due to its excellent mechanical properties. Delignified wood, however, is rather fragile in a wet state, which makes handling and shaping challenging. Here we present two fabrication processes, closed-mold densification and vacuum densification, to produce high-performance cellulose composites based on delignified wood, including an assessment of their advantages and limitations. Further, we suggest strategies for how the composites can be re-used or decomposed at the end-of-life cycle. Closed-mold densification has the advantage that no elaborate lab equipment is needed. Simple screw clamps or a press can be used for densification. We recommend this method for small parts with simple geometries and large radii of curvature. Vacuum densification in an open-mold process is suitable for larger objects and complex geometries, including small radii of curvature. Compared to the closed-mold process, the open-mold vacuum approach only needs the manufacture of a single mold cavity.

Delignified densified wood represents a new promising lightweight, high-performance and bio-based material with great potential to partially substitute natural fiber reinforced- or glass fiber reinforced composites in the future. We here present two versatile fabrication routes and demonstrate the possibility to create complex composite parts.

Fabricación y diseño de compuestos de alto rendimiento basados en madera

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber ...

Methods Article

La fabricación de nanoestructuras Atómicamente trazable