この研究を行ったで、太平洋の北西国立研究所 (なり)、ため、エネルギー省 (DOE) 契約番号の下でバテル記念研究所が運営します。デ-AC05-76RL01830。著者は感謝して省庁間の契約 SIAA15AVCVPO10 下キーの検証資産ファンド (V 型) を介して米国国務省からのサポートを認めます。

1。 材料準備 <ol><li>洗浄用石英キャリアにいくつかの 2 インチのシリコンウェハーを配置しシリコン基板をプラズマ エッチング装置に読み込みます。少なくとも 75 mTorr に達するまでダウン真空チャンバーをポンプします。これは数分をかかる場合があります</li>。
	<li>は O 2 (30 sccm) ガスの流れを開始し、安定させるために圧力を許可します。エッチング時間を 15 分に設定します。燃焼室圧力が安定した高周波 (RF) 13.56 MHz 250 W プラズマを開始 。
	注: この手順のクリーンアップの任意の有機シリコン ・ ウェハー汚染し、表面を functionalizes と水酸化 (-オハイオ州) 鎖の親水性表面を確保します</li>。
	<li>プラズマ クリーニングを待って、完了ステップ中は、冷蔵庫 (4 ° C) から購入した市販のポリスチレン ナノスフェア (ドデシル硫酸ナトリウム 0.5%、10% の固形分、170 nm の直径) を削除します。ようにするコンテナーを常温にします</li>。
	<li>簡単に渦 (1 分) 超音波 (35 kHz、1 分) ナノ粒子凝集を最小限に抑えるためポリスチレン ナノスフェアと</li>。
	<li>きれいなガラス瓶に 170 nm ポリスチレン ナノスフェアの 1.0 mL を測定し、H 2 O 5% 固体コロイド懸濁液を取得するの 1.0 mL を追加します</li>。
	<li>15 分後 O 2 の流れを止めて、真空チャンバーをぶちまける、新鮮な洗浄ウェーハを削除します</li>。
</ol> 2。ポリスチレン ナノスフェア テンプレートのスピンコート <ol><li>アンロード洗浄シリコン ウエハー プラズマ エッチング装置から。スピンコーターに 2 インチのウェハをマウントします。それは正しく中央に配置 o リングが任意の残骸のクリアを確認します。真空を開始し、ウェハはステージにしっかりと接続されていることを確認します</li>。
	<li>は、スピン コーターのスピン パラメーターを設定します。これらのパラメーターは、ナノ粒子のサイズによって異なります。5 %170 nm ナノスフェアのソリューション、スピンコーターをスピン時間 1 分、3,000 rpm の速度および 2,000 の rpm の加速を持つ 1 ステップ プロセスに設定/s の</li>
	<li>を撤回する使い捨ての注射器を使用して、~ バイアルからコロイド懸濁液の 1 mL。バイアル置いておきます。5 μ m のシリンジ フィルターを取り出して注射器の終わりにします。懸濁液の液滴は、先端をクリアするまでは、注射器を押します。フィルターは望ましくない集計を削除し、粒子を大幅に削減できます膜質</li>。
	<li>は、表面の約 2/3 をカバーするようにウェハの中心に直接十分なサスペンションを入金します。それらがフィルムの品質に影響を与えるので、気泡を最小限にしようとします。スピンコーターのふたを閉じ、スタートを押します。このプロセス中には、自己組み立てるナノスフェアとしてウェーハの表面の薄膜干渉効果を見ることが可能があります。これはナノ粒子径に応じて異なります</li>。
	<li>は、真空を非アクティブにしたスピン コーティング基板を取り外します。ボウルや過剰なナノスフェアを削除するスピンコーターの蓋を拭く</li>。
</ol> 3。映画の品質評価およびエッチングのための準備 <ol><li>視覚的に出力された縞またはスピン コーティング プロセス中に粒子によって引き起こされている可能性があります穴など顕著な欠陥を探して自己組織化膜の品質を評価します</li>。
	<li>は、光学顕微鏡下でウェハを配置することによってフィルムの品質を評価します。結晶粒界といくつかの欠陥は、正常です。ウェハにコーティングされていない大部分または明白な多層膜がある場合より均一な膜を取得するスピン パラメーターを調整する必要は。電子顕微鏡を使用してフィルムの品質を評価することも可能性があります</li>。
	<li>は、顕微鏡 20 × 対物 si ウェハの表面上にフォーカスし光源をオンに。ウエハの均一性を確保するため全体のいくつかのスポットでの品質を評価します</li>。
	<li>最終的なフィルムの品質チェック、ナノ粒子を可視化する電子顕微鏡 (SEM) を使用することです自己ナノスケールで。比較的すぐにこのテクニックを使用してウェーハの小さな部分にわたって多層膜、穴、および穀物の境界/欠陥の程度を評価することが可能です</li>。
	十分なフィルムを取得すると、<li>は、自己ナノスフェアをアニール 2 分オーブン (107 ° C) にウェハを配置します。これは基板への密着性を奨励することができます、エッチング後良いナノパターン表面が得られます</li>。
</ol> 4。エッチング、金属蒸着、光学特性 <ol><li>プラズマ エッチング装置に焼なましのウェハをロードし、プロセスをポンプを開始</li>。
	<li>真空チャンバー、少なくとも 75 mTorr に達するとは、O 2 (20 sccm) ガスの流れを開始し、安定させるために圧力を待ちます。165 の RF プラズマ (75 W) を開始 s.</li>
	<li>RF プラズマ サイクルが完了すると、O 2 の流れを止めるし、チャンバーを発散します</li>。
	<li>基板はエッチングとの準備への金属析出されます。スパッタ コーター サンプルを輸送し、薄い沈殿物 (20 nm) 金の層。蒸着角度の変化は、nanocups の光学的性質を変更する使えます。この場合、金属蒸着基板に通常入射を行った</li>。
	<li>金属成膜後基板は光分光法を使用して特徴付けることができます。メタライズ基板の表面に顕に焦点を当てるし、反射スペクトルを測定します。170 nm エッチング微粒子配列、LSPR は昨日 615 nm</li>。
	<li>使用感圧粘着テープは、フィルム基板との接触をそっと置きます。ピンセットを使用して界面に形成される任意の空気の泡を削除する必要があります</li>。
	<li>テープが基板と接触して、テープがすぐに剥離基材の表面から、nanocups を削除します。テープをそっとはがし、結果は金 nanocups の柔軟性と等角映画</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>

著者が明らかに何もありません。

このプロトコルは、プラズモニック金 nanocups の周期配列を製造するための低コストで効率的な方法を示します。電子線リソグラフィ、集束イオンビームなどのシリアルのトップダウン プロセスを回避するため、この手法は特に有利なフライス加工します。紹介したテクニックは、さらに処理するナノサイズのテンプレートとして機能する単純な方法で市販高分子ナノスフェアを自己組み立?...

サブ回折限られた回りくどい、強化された化学的検出と光センシング1 など、さまざまな刺激的な技術について改善ナノ加工と合成技術と組み合わせてプラズモニクスの出現を持ってください。 ,2,3。このプロトコルでは市販の高分子ナノスフェア、続いて金属蒸着、エッチング ・ ステップを用いたナノパターン プラズモニック基板の加工が可能な拡張性と比較的低コスト技術を紹介します。ナノパターン基板、電子ビーム露光4などを製造するための他の技術とは異なりこの手法を迅速かつ効率的に拡張する 300 mm ウェーハ、を超えて最小限の労力とを使用して、転送にステップ柔軟な生産と等角フィルム5。
ローマ時代から、我々 は、彼らが細かく分かれてときに金や銀などの特定の金属が華麗な光学特性を持つことが、知られています。今日、我々 はこれらの金属粒子が「局在表面プラズモン共鳴法」と呼ばれる効果を示すことを理解 (LSPR) の寸法ナノスケールに近づく。LSPR は特定の周波数の光が金属粒子を照らすときに弱く束縛電子金属のコヒーレントに振動定在波に似ています。異方性ナノ構造は、ユニークな光学共鳴は、対称性の破れ6,7,8の結果として現れることができる特に興味深いのです。
光と半殻 (nanocup) 構造の照明は電気双極子または入射光に対して基板の向き、金属の蒸着角度などの要因によって、磁気双極子のプラズモン モードを刺激できると、9入射光の分極。Nanocups は、しばしば三次元分割リング共振器、共振周波数ことができる LC 発振器10,11として近似に類似して考慮しています。ここで使用される高分子ナノスフェアのサイズの共振周波数 (170 nm)、寄託金の額 (20 nm)、エッチング レートをもたらす可視にまたがる共鳴周波数と赤外線の近く
伝送または反射基板用スピン コーティングによって、金 nanocups の光学特性を測定できます。提案するプロトコルの基質として 2 インチのシリコンウェハーを使用して金属蒸着後反射率測定を実行するを選びました。ハロゲン光源と分散型分光器と相まって顕微鏡を使用して測定を行った。金属蒸着の直後透過・反射測定を可能にするガラス基板を使用して成功を収めているも。さらに、この技術は簡単に拡大/縮小することができます、2 インチのウェハに限定されていません。質の高い単分散高分子ナノスフェアの広域商圏の状況等により異なるサイズ ナノスフェアを起動することによってこれらの構造の光学特性を調整するは簡単です。
このプロトコルはコロイド リソグラフィーを用いたナノ構造を示す異方性半シェル (または nanocup) 金を形成する技術。コロイド リソグラフィはすぐに金の薄層をコーティング スパッタ後プラズモニック基板にさらに処理できる基板をパターン化する高単分散高分子ナノ粒子の自己集合を使用します。同様に、金属蒸着中にサンプル基板を傾けることによって、基板の異方性を調整することが可能です。結果の構造は偏光感受型に形成されたナノ構造の異方性のため。ここでは、特定の 1 つを示すケースし、光学特性の評価を行い、透明で柔軟なフィルムに構造を転送するリフトオフ。

<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

近年、内プラズモニクスのフィールドは、研究者が新しいナノ加工技術との組み合わせで化学と光センシングに関わるエキサイティングなアプリケーションのように爆発しています。プラズモンは、金や銀のユニークな光学特性などのナノスケール金属を貸す電荷密度振動の量子です。特に、金と銀のナノ粒子は表面ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴集団電荷密度振動の可視スペクトルを表わします。ここでは、我々 は異方性プラズモニック ナノ構造体の周期的な配列の作製に焦点を当てます。これらの半分のシェル (または nanocup) の構造は、追加ユニークな光-曲げと偏光依存を表わすことができる光学特性が単純な等方性ナノ構造をことはできません。研究者は低コスト光デバイス、表面増強ラマン散乱などのアプリケーションのさまざまな nanocups の周期的な配列の作製に興味が散乱し、徴候を改ざん。簡単にスピン コーティングを使用して nanocups の大規模な周期配列を作製することが可能ですし、自己組織化高分子ナノスフェアの市販のコロイドのリソグラフィに基づくスケーラブルな手法を提案します。成功した nanocup の製作を確認する電子顕微鏡および分光可視から近赤外 (近赤外線) から行った最後に、nanocups の柔軟な等角の粘着フィルムへの転送のデモンストレーション。

170 nm 直径ポリスチレン ナノスフェアを用いた金 nanocups を調製しました。107 ° C で 2 分間アニールと 165 の 75 W、20 sccm O2プラズマ エッチング後 SEM (図 1) を使用して得られたフィルム s は特徴付けられました。スピン キャスト膜の品質を評価する光学顕微鏡に加え視覚検査を 5 月である (図 2) を使用します。質の高...

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Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

コロイドのリソグラフィ技術を用いた定期金 nanocup アレイの試作、nanoplasmonic 映画の重要性を議論します。

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

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

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Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K ビュー.  Energy and Environment Directorate. コロイドのリソグラフィ技術を用いた定期金 nanocup アレイの試作、nanoplasmonic 映画の重要性を議論します。

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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.

ポリマー基板上へのマイクロ·サブミクロンのパターンを生成するためのリソグラフィMicropunching

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

工学

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.

空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製

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.

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

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.

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 ...

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.

遠心鋳造を使用した薄い部分との格子金属の間接製作

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.

超伝導共振器の作製と評価

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.

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

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.

犠牲ナノ粒子の使用は、電子ビームリソグラフィにより作製したコンタクトホール内にショットノイズの影響を除去します

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.

フェムト秒レーザー誘起アブレーションを用いたナノファイバー上の1次元フォトニック結晶共振器の作製

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.

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラー フィルムの作製

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

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

要約

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ポリマー基板上へのマイクロ·サブミクロンのパターンを生成するためのリソグラフィMicropunching

空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

アトミックトレーサブルナノ構造作製

遠心鋳造を使用した薄い部分との格子金属の間接製作

超伝導共振器の作製と評価

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

犠牲ナノ粒子の使用は、電子ビームリソグラフィにより作製したコンタクトホール内にショットノイズの影響を除去します

フェムト秒レーザー誘起アブレーションを用いたナノファイバー上の1次元フォトニック結晶共振器の作製

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラーフィルムの作製

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

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ポリマー基板上へのマイクロ·サブミクロンのパターンを生成するためのリソグラフィMicropunching

空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

アトミックトレーサブルナノ構造作製

遠心鋳造を使用した薄い部分との格子金属の間接製作

超伝導共振器の作製と評価

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

犠牲ナノ粒子の使用は、電子ビームリソグラフィにより作製したコンタクトホール内にショットノイズの影響を除去します

フェムト秒レーザー誘起アブレーションを用いたナノファイバー上の1次元フォトニック結晶共振器の作製

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラー フィルムの作製

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラーフィルムの作製