Esta investigación fue realizada en el laboratorio nacional del Noroeste Pacífico (PNNL), que es funcionada por Battelle Memorial Institute para el Departamento de energía (DOE) bajo contrato no. DE-AC05-76RL01830. Los autores agradece apoyo del Departamento de estado de Estados Unidos a través de la clave de verificación activos fondo (V) bajo SIAA15AVCVPO10 de acuerdo interinstitucional.

1. preparación de material <ol><li>coloque varias obleas de silicio de 2 pulgadas en un portador de cuarzo para limpiar y cargar las obleas de silicio en el sistema de grabado de plasma. La cámara de vacío la bomba hacia abajo hasta alcanzar al menos 75 mTorr. Esto puede tardar unos minutos.</li>
	<li>Comenzar el flujo de O 2 (30 sccm) gas y permitir que la presión se estabilice. Configurar el tiempo de etch a 15 min. Una vez se haya estabilizado la presión iniciar el plasma de radiofrecuencia (RF) 13.56 MHz 250 W. 
	Nota: Este paso limpia las obleas de silicio de cualquier materia orgánica contamina y functionalizes la superficie con hidroxilados (-OH) garantizando una superficie hidrofílica grupos.</li>
	<li>Mientras espera para la limpieza del plasma paso para terminar, sacar las nanoesferas poliestireno comercialmente compradas (170 nm de diámetro, 10% de sólidos, dodecil sulfato de sodio de 0,5%) de la nevera (4 ° C). Deje el recipiente a temperatura ambiente.</li>
	<li>Brevemente vortex (1 min) y someter a ultrasonidos (35 kHz, 1 min) las nanoesferas poliestireno para minimizar la aglomeración de nanosphere.</li>
	<li>En un frasco de vidrio limpio, medir 1.0 mL de las nanoesferas poliestireno de 170 nm y añada 1,0 mL de H 2 O para obtener una suspensión coloidal 5% de sólidos.</li>
	<li>Después de 15 minutos, detenga el flujo de O 2, ventilar la cámara de vacío y retirar las obleas recién limpiadas.</li>
</ol> 2. Spin-coating de plantilla de nanoesferas de poliestireno <ol><li>descarga el silicio limpiar obleas del desbastador de plasma. Luego le Monte una oblea de 2 pulgadas en un recubridor de vuelta. Asegúrese de que quede centrada correctamente y que la junta tórica esté libre de cualquier escombro. Iniciar el vacío y asegúrese de que la oblea esté fijada firmemente a la etapa de.</li>
	<li>Configurar los parámetros de vuelta de la máquina de pintar del spin. Estos parámetros varían según el tamaño de nanosphere. Para una solución de 5% 170 nm nanoesferas, establece un recubridor spin en un proceso del 1 paso con un tiempo de vuelta de 1 minuto, una velocidad de 3.000 rpm y una aceleración de 2.000 rpm/s.</li>
	<li>Usando una jeringuilla disponible, retirar ~ 1 mL de suspensión coloidal del frasco. Dejar reposar el frasco. Tomar un filtro de jeringa 5 μm y coloque en el extremo de la jeringa. Presionar la jeringa hasta que una gota de la suspensión pasa por la punta. El filtro elimina indeseables agregados y partículas que puede reducir significativamente la calidad de la película.</li>
	<li>Depositar suficiente suspensión directamente en el centro de la oblea que aproximadamente 2/3 de la superficie está cubierta. Tratar de minimizar las burbujas porque los pueden afectar la calidad de la película. Cierre la tapa del recubridor spin y presione Start. Durante este proceso, es posible ver efectos de interferencia de película delgada en la superficie de la oblea como las nanoesferas uno mismo-montar. Esto variará según el diámetro de nanosphere.</li>
	<li>Quitar la oblea recubierta de vuelta después de desactivar el vacío. Limpie el recipiente y la tapa de la spin coater para quitar exceso nanoesferas.</li>
</ol> 3. Evaluación de la calidad y preparación para grabado de cine <ol><li>evaluar visualmente la calidad de la película uno mismo-montado buscando notables defectos como rayas o agujeros que pueden haber sido causados por partículas durante el proceso de spin-coating.</li>
	<li>Evaluar la calidad de la película mediante la colocación de la oblea debajo de un microscopio óptico. Límites de grano y algunos defectos son normales. Si la oblea tiene grandes áreas sin recubrimiento o multicapas obvio, es necesario ajustar los parámetros de giro para obtener una película más uniforme. La microscopia electrónica puede usarse también para evaluar la calidad de la película.</li>
	<li>Encender la fuente de luz del microscopio y en la superficie de la oblea de silicio con objetivo 20 X. Evaluar la calidad en varios puntos a lo largo de la oblea para asegurar uniformidad.</li>
	<li>La calidad final de la película comprobar es utilizar microscopía electrónica (SEM) para visualizar la nanoesfera uno mismo-montaje a escala nanométrica. Es posible evaluar el grado de multicapas, agujeros y defectos/límites de grano a través de pequeñas porciones de la oblea relativamente rápidamente utilizando esta técnica.</li>
	<li>Una vez obtenida una cantidad suficiente de película, colocar la oblea en un horno (107 ° C) durante 2 min a templar las nanoesferas uno mismo-montado. Esto ayuda a fomentar la adherencia al sustrato y produce una mejor superficie de nanopatterned después del grabado.</li>
</ol> 4. Aguafuerte, Metal deposición y caracterización óptica <ol><li>cargar la oblea del recocido en el desbastador de plasma e iniciar el proceso de vaciado.</li>
	<li>Una vez que la cámara de vacío alcanza por lo menos 75 mTorr, comenzar el flujo de O 2 (20 sccm) gas y esperar a que la presión se estabilice. Iniciar el plasma RF (75 W) para 165 s.</li>
	<li>Una vez que ha completado el ciclo de plasma RF, detener el flujo de O 2 y la cámara de ventilación.</li>
	<li>El sustrato ya está grabado y listo para el depósito de metal. Transportar la muestra a un recubridor sputter y depositan un fino (20 nm) capa de oro. Diferentes ángulos de deposición pueden utilizarse para modificar las propiedades ópticas de la nanocups. En este caso, se llevó a cabo metal deposición normalmente incidente al sustrato.</li>
	<li>Después de la deposición del metal, el sustrato puede caracterizarse mediante espectroscopía óptica. Enfocar la microspectrophotometer sobre la superficie del sustrato metalizado y medir los espectros de reflectancia. Para 170 nm grabado arreglos de nanosphere, el LSPR fue a 615 nm.</li>
	<li>Con cinta de adhesiva sensible a la presión, coloque con cuidado la película en contacto con el sustrato. Puede ser necesario eliminar cualquier burbuja de aire formada en el interfaz de uso de unas pinzas.</li>
	<li>Una vez que la cinta esté en contacto con el sustrato, la cinta puede ser inmediatamente pelada para eliminar la nanocups de la superficie del sustrato. Suavemente la cáscara detrás la cinta y el resultado es una película flexible y conformal de oro nanocups.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Fang, Y., Sun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoplasmonic+waveguides:+towards+applications+in+integrated+nanophotonic+circuits.">Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits.</a> Light Sci Appl. 4, e294 (2015).</li><li>Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+shell+isolated+and+graphene+shell+isolated+nanoparticle+enhanced+Raman+spectroscopies+and+their+applications.">Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications.</a> Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).</li><li>Wang, 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=Large+Area+Plasmonic+Color+Palettes+with+Expanded+Gamut+Using+Colloidal+Self-Assembly.">Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly.</a> ACS Photonics. , (2016).</li><li>Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. <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+lithography+of+plasmonic+nanorod+arrays+for+multilayered+optical+storage.">Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage.</a> Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).</li><li>Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Functionalization+of+Periodically+Aligned+Metallic+Nanocup+Arrays+Using+Colloidal+Lithography+with+a+Sinusoidally+Wrinkled+Substrate.">Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate.</a> Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).</li><li>Wang, H., 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=Symmetry+breaking+in+individual+plasmonic+nanoparticles.">Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).</li><li>Wollet, 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=Plasmon+hybridization+in+stacked+metallic+nanocups.">Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups.</a> Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).</li><li>Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Color+Rendering+Plasmonic+Aluminum+Substrates+with+Angular+Symmetry+Breaking.">Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking.</a> ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).</li><li>King, N. 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=Angle-+and+Spectral-Dependent+Light+Scattering+from+Plasmonic+Nanocups.">Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups.</a> ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).</li><li>Mirin, N. A., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-Bending+Nanoparticles.">Light-Bending Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).</li><li>Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+antenna+enhanced+spontaneous+emission.">Optical antenna enhanced spontaneous emission.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).</li><li>Bora, M., 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=Plasmonic+black+metals+in+resonant+nanocavities.">Plasmonic black metals in resonant nanocavities.</a> Applied Physics Letters. 102 (25), 251105 (2013).</li><li>Akselrod, G. M., 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=Efficient+Nanosecond+Photoluminescence+from+Infrared+PbS+Quantum+Dots+Coupled+to+Plasmonic+Nanoantennas.">Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas.</a> ACS Photonics. , (2016).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Este protocolo muestra una técnica eficiente y de bajo costo para la fabricación de arreglos periódicos de plasmónica nanocups oro. Esta técnica es particularmente ventajosa porque evita serie procesos de arriba hacia abajo como la litografía por haz de electrones o viga de ion enfocada de fresado. La técnica presentada muestra que nanoesferas poliméricos disponibles comercialmente pueden uno mismo-montarse de forma sencilla para servir como una plantilla de tamaño nanométrico para su posterior procesamiento.</...

La aparición de la plasmónica junto con mejorado nanofabricación y técnicas de síntesis han dado lugar a una gran variedad de emocionantes tecnologías tales como secundario-difracción limitada circuitería mejorada Detección química ysensor óptico 1 ,2,3. En este protocolo, se demuestra una técnica escalable y relativamente de bajo costo capaz de la fabricación de sustratos plasmónica nanopatterned usando nanoesferas poliméricos disponibles en el mercado y un paso de grabado seguido por la deposición de metal. A diferencia de otras técnicas para la fabricación de sustratos nanopatterned, tal como electrón viga litografía4, esta técnica puede rápidamente y eficientemente ser escalada a obleas de 300 mm y más allá con un mínimo esfuerzo y utiliza una transferencia paso para producir flexible y conformación de películas5.
Desde la época romana, sabemos que ciertos metales como el oro y la plata pueden tener propiedades ópticas brillantes cuando están finamente divididos. Hoy en día, entendemos que estas partículas metálicas exhiben un efecto llamado el "resonancia de plasmón superficial localizada" (LSPR) cuando sus dimensiones aproximan a la nanoescala. LSPR es análogo a una onda en la cual electrones débilmente enlazados encontradas el metal oscilan coherente cuando las partículas de metal ilumina la luz de ciertas frecuencias. Anisotropic nanoestructuras son de particular interés debido a resonancias ópticas únicas pueden surgir como resultado de la simetría rompe6,7,8.
La iluminación de estructuras de media concha (nanocup) con luz puede excitar dipolo eléctrico o magnético Dipolo plasmon modos, dependiendo de factores como el ángulo de deposición del metal, la orientación del sustrato con respecto a la luz del incidente y el polarización de la luz incidente9. Nanocups a menudo se han considerado análogos a tridimensionales arillo resonadores, en el que la frecuencia de resonancia se puede aproximadas como un oscilador LC10,11. La frecuencia de resonancia para el tamaño de nanoesferas poliméricos utilizados aquí (170 nm), la cantidad de oro depositada (20 nm), y las tarifas de etch frecuencias de resonancia que abarca lo visible y cerca-IR.
Las propiedades ópticas de la nanocups oro pueden medirse ya sea en la transmisión o reflexión, dependiendo del sustrato utilizado por spin-coating. En el protocolo presentado, decidimos utilizar las obleas de silicio de 2 pulgadas como el substrato y realizar mediciones de reflectancia después de deposición de metal. Las mediciones se realizaron utilizando un microscopio acoplado a un espectrómetro dispersivo con una fuente de luz halógena. También hemos tenido éxito con el uso de substratos de vidrio, lo que permite la transmisión y reflexión las mediciones inmediatamente después de la deposición de metal. Además, esta técnica puede escalarse fácilmente y no se limita a las obleas de 2 pulg. Debido a la disponibilidad amplia comercial de nanoesferas polímeros monodispersos de alta calidad, es muy fácil sintonizar las propiedades ópticas de estas estructuras simplemente iniciando con nanoesferas de diferentes tamaños.
En el presente Protocolo, una técnica para fabricar anisotrópico oro media concha (o nanocup) nanoestructuras utilizando un método llamado litografía coloidal está demostrado. Litografía coloidal usa autoensamblaje de altamente monodispersa nanosphere poliméricos para patrón rápidamente un sustrato que puede ser procesado en un sustrato plasmónica después de Farfullar revestimiento una fina capa de oro. Asimismo, es posible sintonizar la anisotropía del sustrato por la inclinación del sustrato de la muestra durante la deposición de metal. Las estructuras resultantes son sensibles a la polarización debido a la anisotropía de la nanoestructura formada. Aquí, demostramos una particular del caso y realizar la caracterización óptica y despegue para transferir las estructuras a una película transparente y flexible.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="762">
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:204px;">Polystyrene microspheres</td>
			<td style="width:152px;">Bangs Laboratories, Inc.</td>
			<td style="width:209px;">PS02N</td>
			<td style="width:197px;">170 nm &#8211; 580 nm diameter</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:204px;">Silicon wafers</td>
			<td style="width:152px;">El-CAT, Inc.</td>
			<td style="width:209px;">3489</td>
			<td style="width:197px;">300 mm thick, one side polished [100]</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Adhesive tape</td>
			<td style="width:152px;">3M</td>
			<td style="width:209px;">Scotch 600</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Spin coater</td>
			<td style="width:152px;">Laurell</td>
			<td style="width:209px;">WS-650-23B</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Plasma etcher</td>
			<td style="width:152px;">Nordson March&#160;</td>
			<td style="width:209px;">AP-600</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Microspectrophotometer</td>
			<td style="width:152px;">CRAIC</td>
			<td style="width:209px;">380-PV</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Sonicator</td>
			<td style="width:152px;">VWR</td>
			<td style="width:209px;">97043-932</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Scintillation vials</td>
			<td style="width:152px;">Wheaton</td>
			<td style="width:209px;">986734</td>
			<td style="width:197px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">5 um syringe filter</td>
			<td>Millex</td>
			<td>SLSV025LS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Oxygen gas</td>
			<td>Oxarc</td>
			<td>PO249&#160;</td>
			<td>Industrial Grade 99.5% purity</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Vaccum pump</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>Edwards 28</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;">Disposable syringes</td>
			<td>Air Tite Products Co.</td>
			<td>14-817-25</td>
			<td>1 mL capacity</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:204px;">Water</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>W4502</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography

Dentro de estos últimos años, el campo de la plasmónica ha explotado como los investigadores han demostrado interesantes aplicaciones relacionadas a los sensores ópticos y químicos en combinación con las nuevas técnicas de nanofabricación. Un plasmón es un quantum de oscilación de la densidad de la carga que se presta a nanoescala metales como el oro y la plata propiedades ópticas únicas. En particular, las nanopartículas de oro y plata muestran oscilaciones de densidad de carga de resonancias colectivas plasmones localizados en la superficie de la nanopartícula en el espectro visible. Aquí, nos centramos en la fabricación de arreglos periódicos de nanoestructuras plasmónica anisotrópico. Estas estructuras media concha (o nanocup) pueden exhibir adicional única luz flexión y dependiente de la polarización propiedades ópticas que simple nanoestructuras isotrópico no pueden. Los investigadores están interesados en la fabricación de arreglos periódicos de nanocups para una amplia variedad de aplicaciones tales como dispositivos ópticos de bajo costo, superficie-realzada Raman dispersión y alterar la indicación. Presentamos una técnica escalable basada en litografía coloidal en la que es posible fabricar fácilmente grandes arreglos periódicos de nanocups mediante spin-coating y uno mismo-montar nanoesferas poliméricos disponibles comercialmente. Microscopía y espectroscopia óptica desde el visible al infrarrojo cercano (cercano IR) fue realizado para confirmar éxito nanocup fabricación. Concluimos con una demostración de la transferencia de nanocups a una película adhesiva flexible, conformal.

Oro nanocups se prepararon con 170 nm diámetro poliestireno nanoesferas. Después de Recocer por 2 min a 107 ° C y el con una 75 W, 20 sccm O2 plasma por 165 s, la película resultante fue caracterizado utilizando SEM (figura 1). Para evaluar la calidad de la película spin-casted, óptica microscopia-además de inspección visual-mayo ser utilizado (figura 2). Películas de alta calidad deben ser esencialmente libre...

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Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Demostrar la fabricación de matrices de periódicos nanocup oro coloidal técnicas litográficas y discutir la importancia de las películas de nanoplasmonic.

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-periodic-gold-nanocup-arrays-using-colloidal

Research

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Engineering

7.1K vistas.  Energy and Environment Directorate. Demostrar la fabricación de matrices de periódicos nanocup oro coloidal técnicas litográficas y discutir la importancia de las películas de nanoplasmonic.

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Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of low weight, easy tailoring of properties and a wide spectrum of applications2,3. Due to sensitivity of conducting polymers to environmental conditions (e.g., air, oxygen, moisture, high temperature and chemical solutions), lithographic techniques present significant technical challenges when working with these materials4. For example, current photolithographic methods, such as ultra-violet (UV), are unsuitable for patterning the conducting polymers due to the involvement of wet and/or dry etching processes in these methods. In addition, current micro/nanosystems mainly have a planar form5,6. One layer of structures is built on the top surfaces of another layer of fabricated features. Multiple layers of these structures are stacked together to form numerous devices on a common substrate. The sidewall surfaces of the microstructures have not been used in constructing devices. On the other hand, sidewall patterns could be used, for example, to build 3-D circuits, modify fluidic channels and direct horizontal growth of nanowires and nanotubes.
A macropunching method has been applied in the manufacturing industry to create macropatterns in a sheet metal for over a hundred years. Motivated by this approach, we have developed a micropunching lithography method (MPL) to overcome the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. Like the macropunching method, the MPL also includes two operations (Fig. 1): (i) cutting; and (ii) drawing. The "cutting" operation was applied to pattern three conducting polymers4, polypyrrole (PPy), Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)-poly(4-styrenesulphonate) (PEDOT) and polyaniline (PANI). It was also employed to create Al microstructures7. The fabricated microstructures of conducting polymers have been used as humidity8, chemical8, and glucose sensors9. Combined microstructures of Al and conducting polymers have been employed to fabricate capacitors and various heterojunctions9,10,11. The "cutting" operation was also applied to generate submicron-patterns, such as 100- and 500-nm-wide PPy lines as well as 100-nm-wide Au wires. The "drawing" operation was employed for two applications: (i) produce Au sidewall patterns on high density polyethylene (HDPE) channels which could be used for building 3D microsystems12,13,14, and (ii) fabricate polydimethylsiloxane (PDMS) micropillars on HDPE substrates to increase the contact angle of the channel15.

A micropunching lithography approach is developed to generate micro- and submicron-patterns on top, sidewall and bottom surfaces of polymer substrates. It overcomes the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. This method allows rapid fabrication of multiple features and is free of aggressive chemistry.

Micropunching litografía para la generación de microempresas y patrones de submicrónicas de sustratos poliméricos

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

Investigación

Ingeniería

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 ...

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 ...

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.

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 ...

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) and Electron Beam Melting (EBM). In spite of its potential processing capability, the direct AM method has several disadvantages such as high cost, poor surface finish of final products, limitation in material selection, high thermal stress, and anisotropic properties of parts. We propose a cost-effective method to manufacture 3D lattice metals. The objective of this study is to provide a detailed protocol on fabrication of 3D lattice metals having a complex shape and a thin wall thickness; e.g., octet truss made of Al and Cu alloys having a unit cell length of 5 mm and a cell wall thickness of 0.5 mm. An overall experimental procedure is divided into eight sections: (a) 3D printing of sacrificial patterns (b) melt-out of support materials (c) removal of residue of support materials (d) pattern assembly (e) investment (f) burn-out of sacrificial patterns (g) centrifugal casting (h) post-processing for final products. The suggested indirect AM technique provides the potential to manufacture ultra-lightweight lattice metals; e.g., lattice structures with Al alloys. It appears that the process parameters should be properly controlled depending on materials and lattice geometry, observing the final products of octet truss metals by the indirect AM technique.

An indirect additive manufacturing method combining a 3D printing of polymers with a centrifugal casting is outlined for manufacturing 3D octet truss metals (Al and Cu alloys) having a unit cell length of 5 mm with a wall thickness of 0.5 mm.

La fabricación indirecta de celosía Los metales con secciones delgadas Uso de fundición centrífuga

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

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 ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

Coloidal Síntesis de Nanopatch antenas para aplicaciones en Plasmonics y Nanofotónica

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has been attributed to statistical fluctuations in the number of photons/electrons arriving at a given nano-region arising from shot-noise (SN). The SN varies inversely to the square root of a number of photons/electrons. For a fixed dosage, the SN is larger in EUV and E-beam lithographies than for traditional (193 nm) optical lithography. Bottom-up and top-down patterning approaches are combined to minimize the effects of shot noise in nano-hole patterning. Specifically, an amino-silane surfactant self-assembles on a silicon wafer that is subsequently spin-coated with a 100 nm film of a PMMA-based E-beam photoresist. Exposure to the E-beam and the subsequent development uncover the underlying surfactant film at the bottoms of the holes. Dipping the wafer in a suspension of negatively charged, citrate-capped, 20 nm gold nanoparticles (GNP) deposits one particle per hole. The exposed positively charged surfactant film in the hole electrostatically funnels the negatively charged nanoparticle to the center of an exposed hole, which permanently fixes the positional registry. Next, by heating near the glass transition temperature of the photoresist polymer, the photoresist film reflows and engulfs the nanoparticles. This process erases the holes affected by SN but leaves the deposited GNPs locked in place by strong electrostatic binding. Treatment with oxygen plasma exposes the GNPs by etching a thin layer of the photoresist. Wet-etching the exposed GNPs with a solution of I2/KI yields uniform holes located at the center of indentations patterned by E-beam lithography. The experiments presented show that the approach reduces the variation in the size of the holes caused by SN from 35% to below 10%. The method extends the patterning limits of transistor contact holes to below 20 nm.

Uniformly sized nanoparticles can remove fluctuations in contact hole dimensions patterned in poly(methyl methacrylate) (PMMA) photoresist films by electron beam (E-beam) lithography. The process involves electrostatic funneling to center and deposit nanoparticles in contact holes, followed by photoresist reflow and plasma- and wet-etching steps.

El uso de nanopartículas de sacrificio para eliminar los efectos del ruido de disparo en orificios de contacto fabricadas por haz de electrones de litografía

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

La fabricación de 1-D de cristal fotónico cavidad en un nanofibras Uso de ablación inducida por láser de femtosegundo

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

Fabricación de películas ultra delgadas Color con altamente absorbente de los medios de comunicación mediante deposición oblicua

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...