この作品は、DARPA（N66001-08-C-2040）からの契約によって、テキサス州の新興テクノロジー·ファンドからの助成金によってサポートされていました。著者らは、 現場外のサンプル処理のために選択原子層堆積に関連する彼らの貢献のためにJiyoungキム、グレッグMordi、アンジェラAzcatl、とトム·シャーフを認めるだけでなく、ウォレス·マーティンとゴードン·ポロックしたいと思います。

1. 現場外サンプル調製<ol><li>チップを準備<ol><li>のSi（100）ウェハに識別マーカーを置くために適切なエッチングマスクを設計します。標準的な光学リソグ​​ラフィとRIEを用いて、STM試料を採取されるからウエハに基準マークとしての線のグリッドをエッチングします。線は1ミクロン、深、および500μmのピッチで、幅10μmであるべきです。エッチング後、試料から残っているフォトレジストを除去。 注：基準マークは、計測中のサンプルと同様にAFMとSEMでの先端の位置については、 その場で識別可能でなければなりません。 </li><li>標準タックブルーダイシングテープを適用することにより、ウエハ表面を保護し、粘着性の面を下に。 </li><li>ダイヤモンドを使用してチップにダイスウェーハは、セラミックのダイシングは、HDLを実行するために使用される特定のUHV-STMツールを適切なサイズに見ひっくり返しました。ここでは、サンプルを8.1ミリメートル×8.1ミリメートルの正方形でした。 </li></ol></li><li>ダイシング後、そっとによってUHV-STMのパターニングツールに挿入するためのチップを準備下記のセクション2でUHVプレップ後の不利な表面再構成を誘発する任意のニッケル含有ツールでチップに触れないように注意しながら、ダイシングテープをバック剥離。 <ol><li>ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ピンセットで試料の側面を把持しながら、それぞれ、アセトン、イソプロピルアルコール、メタノール、および脱イオン水の流れで10秒ずつのフロント面を洗浄することにより、クリーンチップ。最後に、超高純度のN 2またはAr、まだテフロンピンセットで把持したドライ。 </li><li> HDLのために使用される特定のUHV-STMツールの適切な方法を用いて、STMサンプルホルダーにマウントサンプルチップ。 <ol><li>ニッケル含有試料ホルダーに取り付け、（APPX。試料の高さで4 mm）のタンタル箔バリアストリップを切断した場合、チタンハサミを使用して。それぞれ超純アセトン、イソプロピルアルコール、メタノール、およびDI水で各5分間、超音波洗浄箔。部分的にアルミ箔と注入でビーカーを覆うことにより超高純度N 2ガ ​​スによるドライ開口部にN 2ノズルる。全ての液体が蒸発するまでガスが流れます。サンプルの端部の周りにニッケルフリーピンセット、フォーム箔を使用した、サンプルホルダからの試料の表裏を単離するためにサンプルホルダーにクランプします。 </li></ol></li><li>炭素汚染を除去するために、酸素プラズマ中で、プラズマ洗浄試料と試料ホルダーを装着した後、28 </li></ol></li></ol> 2. UHVサンプル調製<ol><li> UHV処理とHDLは、典型的には、（以下のステップ2.5.1.1を除く）1.3×10 -9ミリバール以下に維持できるように、ロードロックまたは他の好適なUHV-安全な方法を介して、UHVシステム内に試料を導入します。 </li><li>高温計で温度を監視する650℃でのドガO / N。チャンバ圧力は、バックグラウンドの25％以内であることを確認してください。ここで説明する場合には、典型的なバックグラウンド圧力は約4.5×10 -10ミリバールです。 </li><li> 5分間1500℃で、フィラメントを割れドガタングステン水素。可能であればチタンサブリメーションポンプをアクティブにします。 </li><li>サンプル「フラッシュ」のサイクルを実行します。 <ol><li> 20秒間1,250°Cまで加熱し、高温計とTを監視し、10℃/秒の加熱勾配を用いてフラッシュサンプル。 7×10 -9ミリバールの最大圧力を超えないようにしてください。 5秒未満に加熱電流を除去することによって冷却します。 </li><li> 5分間350℃で、残りのサンプル。圧力がベースラインに回復できるようにします。 3回繰り返します。 </li></ol></li><li>サンプルの不動態化を実行します。 <ol><li>温度を監視するために高温計を用いて350°Cに設定して試料温度。リークバルブを使用して準備室への1.3×10 -6ミリバールの超純H 2を導入します。 <ol><li>さらにH 2を精製するために非常にシステム内のリークバルブ付近のH 2行にコールドトラップを置きます。 </li><li>可能な場合は、高速のターボポンプの代わりにイオンポンプを備えたシステムをポンプ。イオンポンプがある博覧会から試料を汚染しないようにするためです高圧のと排出汚染物質へのsed。ポンプは、（350°C）で最も水素が除去された後に通常の状態に戻すと、サンプルはまだ暖かいですしています。 </li></ol></li><li>フィラメントとH 2ガス流量をオフにし、その後、12分間、1400℃の温度にフィラメントを割れタングステン水素をオンにします。 RTに冷却したサンプル。 </li></ol></li></ol> 3.走査型トンネル顕微鏡とリソグラフィ<ol><li> STMにサンプルを移し、トンネル範囲内に試料およびSTMチップをもたらします。 20μmのスポットサイズよりも良いの分解能でカメラを使用して、チップと試料の接合の高解像度の光学像を取ります。デスキュー、それは基準マークの歪みのない再生を表すように、光学像のサイズを変更します。 </li><li>システムの熱不安定性を低減するために、任意の照明を削除します。表面品質を決定します。 <ol><li> -2.25 V 200、PAのサンプルバイアスを有する従来のSTM技法を使用して、麻痺を識別する表面の欠陥ER。 </li><li>表面欠陥が許容レベルを下回っている場合は、次のステップに移動します。以下のように最大許容欠陥レベルは次のとおりです。1％のダングリングボンド。 3％のSiの欠陥; 1％の夾雑物。 </li></ol></li><li>デザインHDLパターンは、実験パターンと大（1ミクロン×1ミクロン）SERPの識別パターンの両方を含む、生産されます。 SERPパターンは、15〜20ナノメートルのピッチを使用して、期待されるAFM高速走査軸に垂直な長さのベクトル軸で表示する必要があります。 HDLの条件を適用するときに先端が続くパスを定義するための基本的な形状にパターン全体を骨折。24 </li><li>前のステップからのベクトル出力を用いて、7-9 Vのサンプルバイアスが大きな領域のためのFEモードリソグラフィを使用してHDLを行い、1 nAの電流、および0.2 MC / cmであり、小さな領域または原子の精密エッジを必要とする区域のためのAPモードリソグラフィー。24 <ol><li> PEによって最適なAPモードリソグラフィ条件を決定2〜4 NAに至るまで3.5〜4.5 Vの範囲の試料バイアスと条件、現在の様々なHDLをrforming、ラインは2〜4 MC / cmの範囲の投与量。狭い完全depassivatedラインを生成条件を選択してください。 </li></ol></li><li> -2.25 Vサンプルバイアスと0.2 nAのトンネル電流で撮像することにより、所望のHDLパターン形成された領域に、STMの計測を行います。 <ol><li> [オプション]エラー訂正を実行します。 STM計測した後、ステップ3.5からの所望のパターンでSTM像で脱不動態化パターンを比較します。どのような領域が不足ダングリングボンドの形成を示している場合は、それらの領域でリソグラフィサイクルを繰り返します。 </li></ol></li><li> STM HDLを完了した後、試料からのチップを外し、ロックをロードするために、サンプルを移動します。 </li><li>ベントとサンプルを削除します。超純N 2でベントの間に、きれいなサファイアのような不活性、平坦な基板と接触させることにより、サンプルを保護します。表面保護した後29、任意のポンプに近いバルブは、その後QUICとして排気ガスを導入できるだけKLY。システムからサンプルを削除します。 </li></ol> 4.サンプル輸送<ol><li>ロードロックからサンプルを削除します。可能であれば箔バリアピースを削除など、試料ホルダから試料を解放します。 PTFE（又はTi）ピンセットを使用して、10分未満の大気曝露を維持しようとすると、保護されたサンプルの前側を保持、輸送体にサンプルを移動させます。 </li><li>サンプルの上にカバーを取り付けて、緩く加圧し、サンプル輸送体を組み立てます。サンプルがアップのための安定したままであるように29。どの時点でも、システムを排気しないでください、または表面の損傷が発生することがあります 。1分間の超純アルゴンと同一平面最後に、アルゴンの小さな正圧（〜50〜100ミリバール）でシールサンプルトランスポーター月へ。 </li></ol>前記原子層堆積<ol><li> ALDは、適切な堆積温度（100℃）であることを確認します。大気圧が達成されるまでゆっくりとALDチャンバ内のアルゴン圧力を増加させます。 </li><li>オープンALDチャンバ。 </li><li>オープンサンプルトランスポーターとすぐにエッジでサンプルを把握PTFEのピンセットを使用して、ALDチャンバに転送し、ガス抜きに1時間2×10 -1ミリバール&lt;の圧力でALDチャンバを閉じ、アルゴンの流れを使用してパージサンプル。アモルファスチタニアの2.8ナノメートルを成長させるために、ALDの80繰り返しサイクルを実行するためのプロセスを設定します。 <ol><li>前駆体のパルス時間で、0.3ミリバールおよび0.8ミリバールの圧力で反応物質と堆積を実行するように四塩化チタン（TiCl 4）と水（H 2 O）を用いて、100〜150°Cのサンプル温度で修飾されていない商用ALDシステムを使用してそれぞれ0.1秒、0.05秒、27 </li><li>各ガスのパルスに続いて、原因物理吸着した反応物に、最小限の背景堆積を確実にするために、0.2ミリバールで60秒間Arで原子炉をパージします。この作業でマスクに、80 ALDサイクルは、100℃でのアモルファスチタニアの約2.8ナノメートルを成長させるために使用されています。 </li></ol&gt; </li><li>ゆっくりとArガスとのオープンとALDチャンバをベント。繰り返して、試料搬送のため4.1と4.2を繰り返します。 </li></ol> 6.原子間力顕微鏡（AFM） <ol><li>製造業者のプロトコルに従って、AFMの適切なキャリブレーションを確認してください。オープンサンプル輸送体は、穏やかにピンセットを使用してサンプルを削除します。 </li><li>可能な場合はトランスポーターから除去した後、確実にこのようなクランプシステムなどの機械的実装方法を用いて、AFMにサンプルをインストールしてください。試料上にAFMカメラの焦点を合わせ、ステップ3.2で、光計測に基づくパターンにAFMチップを整列させるために試料表面に基準マークを探します。 </li><li> AFMの設定は両方の高さと位相情報を示し、20と幅40μmの間になるように、スキャンサイズを設定することを確認してください。試料上にAFMチップを掛け。 </li><li>ロケータパターン領域が同定されるまで、最高の解像度で高さおよび位相情報を使用して、スキャンします。パターン化された再にズームイン祇園は、画像が所望される領域を見つけて。 </li><li>適切な画像品質と解像度（典型的には可能な限り最高の）を使用して、所望の領域の画像を取ります。すべての所望の領域がスキャンされると、試料からの先端を外します。サンプルをアンロードします。繰り返して、試料搬送のため4.1と4.2を繰り返します。 </li></ol>前記反応性イオンエッチング<ol><li> -110℃に容量結合RIE反応装置を冷却し、そのイントロ室にサンプルをロードし、7.5×10 -6ミリバールにポンプダウン。 <ol><li> 3分間の温度を安定化させます。その後、20 SCCMで、8 SCCM（毎分標準立方センチメートル）で、O 2の流量とのガスをオンに40 SCCMのAr、及びSF 6。 </li><li>ストライクプラズマ8 SCCMで52 SCCM及びO 2でのSF 6を用いて1分間エッチングするためのガス流を変更その後、150 WのRF放電を用いました。 Siとこれらのガスの相互作用は、約20nm /分の速度でエッチングする。30 </sup&gt; </li><li> 7.5×10 -6ミリバールに真空ポンプ。 RIEシステムをベント。繰り返して、試料搬送のため4.1と4.2を繰り返します。 </li></ol></li></ol> 8.走査型電子顕微鏡（SEM） <ol><li> SEMサンプル取付け·システムへの試料の導入。 <ol><li>非粘着性サンプルのサンプル実装を容易にするために、便利な場所にマウント置きます。 </li><li>オープンサンプルトランスポーター、穏やかエッジでサンプルを取得し、安全にSEMマウントにインストールしてから、SEMにサンプルアセンブリを導入するためにピンセットを使用してサンプルを削除します。 </li><li>ベントやオープンSEM室。安全のSEM試料台に試料を取り付けます。 SEMチャンバーをポンプダウン。 </li></ol></li><li>基準点の位置を確認します。 <ol><li>可能な限り低い値に倍率を持参してください。優れた分解能を与える加速電圧とビーム電流の設定を選択します。最低許容設定で起動します。必要に応じて上がります。 </li><li>電子ビームをオンにします。一般的な領域をもたらします推奨作動距離とユーセントリック高さに関心のあります。 </li><li>見つけて、1.1節で説明した基準点に焦点を当てています。必要に応じて作動距離を調整します。フォーカス、明るさとコントラストを最適化します。 </li></ol></li><li>パターンを見つけ、画像。 <ol><li>基準点と比較して、近くの非本質的な特徴を使用してフォーカスを最適化し、パターンに炭素析出を最小限に抑えるために3.2節の光計測に基づくパターンと部6のAFM計測を探します。最適化された後は、パターンに移動し、平面画像と測定値を取得します。 </li><li>必要に応じて、3D画像とパターン高さ測定のためのサンプルを傾けます。必要に応じて他のパターンについては、8.3から繰り返します。 </li></ol></li><li> SEMの製造業者によって規定されるように、SEMシステム決算ルーチンおよびディスマウントサンプル/秒を実行します。バックトランスポーターへの試料を固定します。 </li><li>繰り返しは、サンプル輸送と保管のために4.3と4.4を繰り返します。この時点で、サンプルは、堅牢で、缶無期限に保存すること。必要に応じて、画像形成後の分析を実行します。 </li></ol>

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<li>Longo, R. C., McDonnell, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selectivity+of+metal+oxide+atomic+layer+deposition+on+hydrogen+terminated+and+oxidized+Si%28001%29-%282%C3%971%29+surface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci+Tech.+B%22%5BJournal%5D)">Selectivity of metal oxide atomic layer deposition on hydrogen terminated and oxidized Si(001)-(2×1) 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/pubmed?term=((The+use+of+etched+registration+markers+to+make+four-terminal+electrical+contacts+to+STM-patterned+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Realization+of+Atomically+Controlled+Dopant+Devices+in+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Controlled+formation+of+atomic+step+morphology+on+micropatterned+Si+%28100%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Tech.+B%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Pattern+transfer+of+hydrogen+depassivation+lithography+patterns+into+silicon+with+atomically+traceable+placement+and+size+control%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+and+Technology+B%22%5BJournal%5D)">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. Jr, Copel, M., D’Emic, C., Gribelyuk, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((U+ltrathin+HfO+2+films+grown+on+silicon+by+atomic+layer+deposition+for+advanced+gate+dielectrics+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronic+Engineering%22%5BJournal%5D)">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.

上記のナノ構造の計測を実行すると、このようなAFMやSEMなどの他のツールを使用して、HDLとパターンの位置の間の先端の位置をブリッジする能力を必要とします。 図3に示すように、電子ビームリソグラフィのような高分解能の位置符号化と他のよく発達パターニングツールとは対照的に、ここで行わHDLは、そのように余分な位置特定プロトコルを使用した、十分に制御粗い位置...

ナノテクノロジーのように、特にリソグラフィや電子機器の分野で、利益の重要性を形成している構造を理解し、アリーナの多種多様でより重要になります。具体的には10nm以下のスケールで、ナノスケールでの計測の重要性を強調するために、それだけ1nmの特徴サイズの変動が分数変化の少なくとも10％を示すことが指摘されるべきです。この変動は、デバイス性能及び材料文字の重要な意味を持つことができる1,2 - 4の合成方法を用いて、例えば、量子ドットまたは他の複雑な分子として非常に正確に形成された個々の特徴は、2,5,6-、作製が、一般的に同じ精度を欠いていることができます機能の配置や向きで、サイズと配置制御を改善に向けての作業にもかかわらず。本稿では、機能の配置に近く、原子寸法精度と原子精度でナノ構造体を製造するための方法を示し、ならびに機能の配置の原子計測と。走査型トンネル顕微鏡（STM）水素誘起脱不動態化リソグラフィ（HDL）の原子精度を使用して、化学的に敏感なコントラストのアトミック正確なパターンが表面に形成されています。選択的な原子層堆積（ALD）は、図1に模式的に示すように、最終的に、バルク材料にパターンを転写する。標準で高精度なHDLプロセスを組み合わせる反応性イオンエッチング（RIE）を用いて、パターン形成された領域に硬質酸化物材料を適用しますALDとRIEは任意の形状と位置で表面にナノ構造を生成するために柔軟な方法で結果を処理します。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52900/52900fig1.jpg" /> 1.一次ナノ加工工程を図。一例として、200ナノメートル×200 nmの四角が表示され、各丸矢印は、大気曝露およびtのステップを示していますサイト間のransport。 UHVの試料調製後、試料をSTM計測（左上）、続いてUHV HDLを用いてパターニングされます。 ALDは、次いでAFM計測（右）、続いて行われます。 RIEは、SEMの計測に続いたSi（100）、にパターンを転写する（左下）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52900/52900fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> 今日までの最も正確なリソグラフィは、通常、走査プローブ技術、原子分解能のパターニングおよび官能化は、多くの用途のために実証されている具体的にSTMをベースパターニングすることを含む。7までは、原子操作は、ビルディングブロックとしての個々の原子を使用して、8を究極の精度を有するナノ構造体を作成しました、9,10しかし、ナノ構造は、極低温条件を必要とし、したがって、長期的な堅牢性を欠いていました。表面から水素原子を除去することによりRT原子操作は、specifical示されていますLY HDL。11,12,13 HDLは、表面コントラストの空間位置に基づいて、電子および他のデバイスの新しいクラスを可能にすることを約束します。さらに処 ​​理することなく、HDLを使用して、さまざまなデバイスのアーキテクチャは、ボンドワイヤまたは論理デバイスをダングリングを含むことが可能である。14,15,16さ ​​らに電気コントラストを提供する、実質的に、不動態化H層が除去された表面上に化学的コントラストを導入することができるHDLさらなる化学修飾のためのテンプレートを作成します。この化学修飾は、金属、17絶縁体、18、さらには半導体の堆積のための選択性を示し、シリコンおよび他の表面上で実証されている。16,19のこれらの例のそれぞれは、真の産生するために使用されなければならない2つの次元構造なので、他の処理手順を生成する3 HDLが約束アトミック解決制御と次元構造。以前は、これを繰り返しパターニング、19,20,21アニーリング、22を必要としていました</suこのようなチップベースの電子ビーム誘起蒸着等のあまりのp&gt;または解決のプロセス。23 電子ビームリソグラフィと同様に、HDLは、レジストを露光するために電子の局所的なフラックスを使用します。いくつかの類似点は、可変スポットサイズとパターニング効率でマルチモードリソグラフィーを行うための能力として存在する。24が、HDLの真の力は、電子ビームリソグラフィとは異なる方法から生じます。まず、HDLのレジストそのレジストの露光がデジタル処理となるので、原子状水素の単分子層です。原子があるか、または存在しないのいずれかでレジスト25を H原子の配置（100）HDLプロセスがアトミック正確処理することができる格子下地のSiに対応するので、それは本稿でHDLがナノメートル精度などを有していることに留意すべきです原子完璧をするものではなく、したがって、この場合にはデジタルではありません。 HDL中の電子源は、表面にローカルであるため、STM動作の様々なモードは、両方の促進しますスループットの最適化だけでなく、エラーチェック。 〜4.5 V以下にチップ - 試料バイアスにおいて、リソグラフィーは、原子的精密モード（APモード）と呼ばれる、原子精度で単一原子レベルで行うことができます。これとは対照的に、〜7 V以上のバイアスで、電子が電界放出モード（FEモード）として、ここで知られている広い線幅と高脱不動態化効率を有するサンプルに先端から直接放出されます。全体的なスループットが可能に1ミクロン2 /分までパターニングして電子ビームリソグラフィに小さな相対残るもののHDLスループットは、その後、これらの2つのモードの注意深い組合せにより最適化することができます。サンプルは〜-2.25 Vに保持されるように、バイアスは、このように、誤り訂正のために、原子スケールの計測の両方の表面の原子構造の検査を可能にする非常に低い脱不動態化効率の先端までのサンプルからの電子トンネルは、反転された場合。 図1に示されるこのナノ構造体の製造工程</stron上述したようにG&gt;は、UHV-HDLのステップで始まります。 HDLの後、試料はパターン化領域は、薄い（ すなわち、約1単分子層）のSiO 2層を形成し、水と飽和となっている時に、大気に排出される。搬送後26は、試料は堆積のためのALDチャンバ内に挿入されAFM及びXPSにより測定されるように、ここで堆積厚周り2-3ナノメートルとチタニア（TiO 2の）、27チタニア反応は表面の水の飽和度に依存するので、この方法は、水で表面を飽和大気暴露にもかかわらず可能です。次に、AFM及びSEMによって決定されるエッチング深さと、試料は、Siの20nmのが除去されるように、RIEを用いてエッチングされたバルクにALDのマスクパターンを転写します。計測手順を容易にするために、シリコン（100）ウェハは、長作動距離光学顕微鏡、AFMの平面光学イメージングによってUHVの調製後見えるように設計されている行のグリッドにパターン化され、そして低倍率平面SEM画像。ナノスケール構造を識別しやすいように、1ミクロン2蛇行パターン（SERPS）はSERPSの相対固定位置に配置最も孤立したナノパターンを有する試料上にパターン化されます。 HDL、選択ALD、及びRIEのこの組合せは、ナノ構造の製造のための重要なプロセスであることができ、それは、プロセスの自然な副産物として、原子スケールの計測を含みます。以下では、HDL、選択的ALD、およびRIEを用いたSi（100）内のサブ10 nmのナノ構造体を製造するために必要な手順の詳細な説明が含まれています。それは1つが、これらのプロセスの各々において熟練していると仮定されるが、情報は、様々なプロセスを統合する方法に関連含まれます。特に重要なのは、同じ困難を防止するために、著者らが経験したもの予期せぬ困難を与え、特に輸送し、計測に関連します。

<table><tbody><tr><td>Si Wafer</td><td>VA Semiconductor</td><td></td><td>P type (Boron) Si&amp;lt;100&gt; &amp;#177; 2 degrees, 280 mm &amp;#177; 25 mm thick, 0.01-0.02 ohm-cm</td></tr><tr><td>Ta foil</td><td>Alfa Aesar</td><td>335</td><td>0.025&amp;nbsp;mm (0.001&amp;nbsp;in) 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>&gt;18 MW resistance water produced on demand.</td></tr><tr><td>TiCl&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma Aldrigh</td><td>254312</td><td>&amp;ge;99.995% trace metals basis</td></tr><tr><td>O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Matheson</td><td>G2182101</td><td>Research Grade</td></tr><tr><td>SF&lt;sub&gt;6&lt;/sub&gt;</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 &amp;#956;m / 0.003&amp;rdquo;&amp;nbsp; Length 200 M / 660&amp;rsquo;&amp;nbsp;</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.

ここで説明するケースでは、HDLは、マルチモード·リソグラフィを用いて行われる。FEモードでは24、8 Vサンプルバイアス、1 Na及び0.2 MC /センチメートル（50ナノメートル/秒の先端速度に相当する）を用いて行っ、先端が上に移動しますSiの格子に対して平行または垂直のいずれかの表面、脱不動態化のラインを生成します。この線形の場合はこちらで、非常に先端が依存しているが、...

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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.

アトミックトレーサブルナノ構造作製

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

8.7K ビュー.  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. 

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Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

製造、ち密化、および3Dカーボンナノチューブの微細構造のレプリカ成形

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

工学

Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

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

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

Nanoskivingによるナノギャップを作製

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

化学

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

3Dで切断された銀ナノ構造体を製造する方法

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

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

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

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

任意の基板上の垂直配向小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイ

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

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions. Oxide interfaces exhibit a wide range of properties that can be controlled include conduction, piezoelectric behavior, ferromagnetism, superconductivity and nonlinear optical properties. Recently, methods for controlling these properties at extreme nanoscale dimensions have been discovered and developed. Here are described explicit step-by-step procedures for creating LaAlO3/SrTiO3 nanostructures using a reversible conductive atomic force microscopy technique. The processing steps for creating electrical contacts to the LaAlO3/SrTiO3 interface are first described. Conductive nanostructures are created by applying voltages to a conductive atomic force microscope tip and locally switching the LaAlO3/SrTiO3 interface to a conductive state. A versatile nanolithography toolkit has been developed expressly for the purpose of controlling the atomic force microscope (AFM) tip path and voltage. Then, these nanostructures are placed in a cryostat and transport measurements are performed. The procedures described here should be useful to others wishing to conduct research in oxide nanoelectronics.

Oxide nanostructures provide new opportunities for science and technology. The interfacial conductivity between LaAlO3 and SrTiO3 can be controlled with near-atomic precision using a conductive atomic force microscopy technique. The protocol for creating and measuring conductive nanostructures at LaAlO3/SrTiO3 interfaces is demonstrated.

書き込みおよび酸化物ナノ構造の低温特性評価

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR is not affected by environmental characteristics such as the temperature and pressure surrounding the resonator. Electromagnetic radiation in THz frequencies is biocompatible, which is a critical condition especially for the application of the biomolecular sensing. However, the quality factor (Q-factor) and frequency responses of traditional thin-film based split ring resonator (SRR) MMs are very low, which limits their sensitivities and selectivity as sensors. In this work, novel nanopillar-based SRR MMs, utilizing displacement current, are designed to enhance the Q-factor up to 450, which is around 45 times higher than that of traditional thin-film-based MMs. In addition to the enhanced Q-factor, the nanopillar-based MMs induce a larger frequency shifts (17 times compared to the shift obtained by the traditional thin-film based MMs). Because of the significantly enhanced Q-factors and frequency shifts as well as the property of biocompatible radiation, the THz nanopillar-based SRR are ideal MMs for the development of biomolecular sensors with high sensitivity and selectivity without inducing damage or distortion to biomaterials. A novel fabrication process has been demonstrated to build the nanopillar-based SRRs for displacement current mediated THz MMs. A two-step gold (Au) electroplating process and an atomic layer deposition (ALD) process are used to create sub-10 nm scale gaps between Au nanopillars. Since the ALD process is a conformal coating process, a uniform aluminum oxide (Al2O3) layer with nanometer-scale thickness can be achieved. By sequentially electroplating another Au thin film to fill the spaces between Al2O3 and Au, a close-packed Au-Al2O3-Au structure with nano-scale Al2O3 gaps can be fabricated. The size of the nano-gaps can be well defined by precisely controlling the deposition cycles of the ALD process, which has an accuracy of 0.1 nm.

A protocol for the design and fabrication of a novel nanopillar-based split ring resonator (SRR) is presented.

テラヘルツメタマテリアルにおける変位電流仲介共鳴のためのナノピラーベースのスプリットリング共振器の作製

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

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

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

二次元ナノエレクトロニクスを作製する標準および信頼性の高いメソッド

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

Multiscale Structures Aggregated by Imprinted Nanofibers for Functional Surfaces

Multiscale surface structures have attracted increasing interest owing to several potential applications in surface devices. However, an existing challenge in the field is the fabrication of hybrid micro-nano structures using a facile, cost-effective, and high-throughput method. To overcome these challenges, this paper proposes a protocol to fabricate multiscale structures using only an imprint process with an anodic aluminum oxide (AAO) filter and an evaporative self-aggregation process of nanofibers. Unlike previous attempts that have aimed to straighten nanofibers, we demonstrate a unique fabrication method for multiscale aggregated nanofibers with high aspect ratios. Furthermore, the surface morphology and wettability of these structures on various liquids were investigated to facilitate their use in multifunctional surfaces.

Presented is an easy method to fabricate nano-micro multiscale structures, for functional surfaces, by aggregating nanofibers fabricated using an anodic aluminum oxide filter.

マルチ スケール構造機能表面の刻印ナノファイバーによる集計

Multiscale surface structures have attracted increasing interest owing to several potential applications in surface devices. However, an existing ...

A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning of such signaling can lead to many disorders. To understand cell-to-cell signaling, it is essential to study the spatial and temporal nature of the secreted molecules from the cell without disturbing the local environment. Various assays have been developed to study protein secretion, however, these methods are typically based on fluorescent probes which disrupt the relevant signaling pathways. To overcome this limitation, a label-free technique is required.
In this paper, we describe the fabrication and application of a label-free localized surface plasmon resonance imaging (LSPRi) technology capable of detecting protein secretions from a single cell. The plasmonic nanostructures are lithographically patterned onto a standard glass coverslip and can be excited using visible light on commercially available light microscopes. Only a small fraction of the coverslip is covered by the nanostructures and hence this technique is well suited for combining common techniques such as fluorescence and bright-field imaging.
A multidisciplinary approach is used in this protocol which incorporates sensor nanofabrication and subsequent biofunctionalization, binding kinetics characterization of ligand and analyte, the integration of the chip and live cells, and the analysis of the measured signal. As a whole, this technology enables a general label-free approach towards mapping cellular secretions and correlating them with the responses of nearby cells.

Inter-cellular communication is critical for controlling various physiological activities within and outside the cell. This paper describes a protocol for measuring the spatio-temporal nature of single cell secretions. To achieve this, a multidisciplinary approach is used which integrates label-free nanoplasmonic sensing with live cell imaging.

単一細胞分泌物の時空間イメージング用ラベルフリー技術

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning ...

生物工学

DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA nanofabrication technique is called DNA origami, and it allows high-throughput synthesis of accurate and highly versatile structures with nanometer-level precision. Here, it is shown how the spatial information of DNA origami can be transferred to metallic nanostructures by combining the bottom-up DNA origami with the conventionally used top-down lithography approaches. This allows fabrication of billions of tiny nanostructures in one step onto selected substrates. The method is demonstrated using bowtie DNA origami to create metallic bowtie-shaped antenna structures on silicon nitride or sapphire substrates. The method relies on the selective growth of a silicon oxide layer on top of the origami deposition substrate, thus resulting in a patterning mask for following lithographic steps. These nanostructure-equipped surfaces can be further used as molecular sensors (e.g., surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)) and in various other optical applications at the visible wavelength range owing to the small feature sizes (sub-10 nm). The technique can be extended to other materials through methodological modifications; therefore, the resulting optically active surfaces may find use in development of metamaterials and metasurfaces.

Here, we describe a protocol to create discrete and accurate inorganic nanostructures on substrates using DNA origami shapes as guiding templates. The method is demonstrated by creating plasmonic gold bowtie-shaped antennas on a transparent substrate (sapphire).

アトミックトレーサブルナノ構造作製

要約

さらに動画を探す

製造、ち密化、および3Dカーボンナノチューブの微細構造のレプリカ成形

Nanoskivingによるナノギャップを作製

3Dで切断された銀ナノ構造体を製造する方法

任意の基板上の垂直配向小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイ

書き込みおよび酸化物ナノ構造の低温特性評価

テラヘルツメタマテリアルにおける変位電流仲介共鳴のためのナノピラーベースのスプリットリング共振器の作製

二次元ナノエレクトロニクスを作製する標準および信頼性の高いメソッド

マルチスケール構造機能表面の刻印ナノファイバーによる集計

単一細胞分泌物の時空間イメージング用ラベルフリー技術

センシング用途のための無機構造のDNA折り紙媒介基板ナノパターニング

アトミックトレーサブルナノ構造作製

要約

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製造、ち密化、および3Dカーボンナノチューブの微細構造のレプリカ成形

Nanoskivingによるナノギャップを作製

3Dで切断された銀ナノ構造体を製造する方法

任意の基板上の垂直配向小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイ

書き込みおよび酸化物ナノ構造の低温特性評価

テラヘルツメタマテリアルにおける変位電流仲介共鳴のためのナノピラーベースのスプリットリング共振器の作製

二次元ナノエレクトロニクスを作製する標準および信頼性の高いメソッド

マルチ スケール構造機能表面の刻印ナノファイバーによる集計

単一細胞分泌物の時空間イメージング用ラベルフリー技術

センシング用途のための無機構造のDNA折り紙媒介基板ナノパターニング

マルチスケール構造機能表面の刻印ナノファイバーによる集計