Name: fabrication of low temperature carbon nanotube vertical interconnects compatible with semiconductor technology
Uploaded: 2015-12-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 20 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology at JoVE.com

Part of the work has been performed in the project JEMSiP_3D, which is funded by the Public Authorities in France, Germany, Hungary, The Netherlands, Norway and Sweden, as well as by the ENIAC Joint Undertaking. The authors would like to thank the Dimes Technology Centre staff for processing support.

Dikkat: Kullanmadan önce ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) danışın. Bu üretim işleminde kullanılan kimyasalların çeşitli akut olarak toksik ve kanserojen bulunmaktadır. Nanomalzemeler onların toplu meslektaşı ile karşılaştırıldığında ek tehlikeler olabilir. Mühendislik kontrolleri (davlumbaz) ve kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, temiz oda giysiler) kullanımı da dahil olmak üzere, ekipman, kimyasal madde veya Nanomalzemelerin ile çalışırken tüm uygun güvenlik uygulamalarını kullanın. Litografi 1. Hizalama Marker Tanımı <ol><li> Ya n ya da p-tipi doping ile tek taraflı cilalı endüstriyel notu Si (100) gofret ile başlayın. </li><li> Coat pozitif Fotorezist 1.4 mikron ile gofret. Uygun bir hızda (3500 rpm) soğuk levha, spin-kaplama üzerinde gofretin soğutulması ve ardından ışığa, yapışmasını teşvik etmek için 130 ° C&#39;da bir 90 sn heksametildisilazan (HMDS) tedavisi gerçekleştirin ve 90 sn, yumuşak bir fırındat 95 ° C. </li><li> Bir foto-litografi maskesi kullanma ve pozlama aracı Hizalama işaretlerini açığa pozlama dozu 120 mJ / cm 2. </li><li> Tek bir su birikintisi gelişim süreci gerçekleştirin. Karşı tedavi 100 ° C&#39;de geliştirici ve 90 sn sabit fırında kullanarak 60 sn gelişimi ardından 90 sn 115 ° C maruziyet sonrası fırında, gerçekleştirin. </li><li> Karşı delikler doğru boyutları ise incelemek için mikroskop kullanın. </li><li> Si klor plazma aşındırma kullanılarak 120 nm aşındırma. Bu kalınlık Bu çalışmada kullanılan poz aracının otomatik hizalama sistemleri için iyi bir kontrast sağlar. 20/40 sccm O 2 / CF 4, 5 mTorr, 60/500 W merdane / ICP RF gücü, Cl 2 80/40 sccm&#39;lik ardından 10 sn oksit atılım dağlama, / HBr: endüktif birleştiğinde plazma (ICP) kullanılarak, örneğin 60 mTorr, 20/500 W merdane / ICP RF gücü, 35 sn Si etch. </li><li> Işığa (1 kW, endpo 400 sccm O 2 kaldırmak için bir oksijen plazma striptizci kullanınint algılama ve 2 dakika overetch). Fotorezist aseton gibi, plazma, normal bir çözücü ile tedavi gibi kullanılamaz. </li><li> Gofret temizleyin. Su direnci 5 M? (Organik temiz) olana kadar ilk DI su içinde durulama izledi% 99 HNO 3, 10 dakika boyunca koydu. Su direnci 5 M? (Temiz metal) olana kadar 110 ° C&#39;de 65% HNO 3 içinde 10 dakika süreyle gofret, bu temiz sonra DI su ile çalkalayın. Gofret kurutmak için rinser kurutma makinesi kullanın. </li></ol> 2. Alt Metal ve Interlayers Dielektrik Biriktirme <ol><li> Aracılığıyla testin alt metal tabaka yatırmak için manyetik alanda sıçratma kullanın. Ti 500 nm, TİN 50 nm ve 100 nm Ti üç metal katman yığını tevdi edilmesi gerekmektedir. İlk Ti katman yığınının direncini azaltmak için, TiN CNT büyüme için gerçek bir destek katmanı, ve SİO2 tabakası 12 gravür, üst Ti plazma hasara karşı korumaktır TİN </sup&gt;. Ti 350 ° C&#39;lik bir yüzey sıcaklığında Ar-plazma ile saf Ti hedef kullanarak püskürtme gerçekleştirin. TiN reaktif sıçratma için 350 ° C taban sıcaklığında yine Ar ve N2 bir arada kullanabilirsiniz. </li><li> Plazma geliştirilmiş kimyasal buhar birikimi (PECVD) kullanarak SiO2 bir 1 um kalınlığında bir katman bırakır. Burada tetraetil ortosilikat (TEOS), 350 ° C&#39;lik bir sıcaklıkta ön levha olarak kullanılmaktadır. <ol><li> Uygun bir alet kullanarak SiO2 tabakasının kalınlığı, örneğin, bir reflektometre ve elipsometre edin. </li></ol></li><li> Kaplama uygun bir hızda (3500 rpm) soğuk levha, spin-kaplama üzerinde gofretin soğutulması ve ardından 130 ° C de 90 sn HMDS tedavisi ile başlayan pozitif fotorezist 1,4 um, gofret ve yumuşak bir 90 sn 95 ° C &#39;de fırında. </li><li> Bir foto-litografi maskesi ve pozlama aracını kullanarak, daha sonra SiO 2 t kazınmış olacak açıklıkların istenilen desen, maruzo hizalama işaretleri hizalanmış VIAS oluşturmak, pozlama dozu 140 mJ / cm 2. </li><li> 100 ° C&#39;de geliştirici ve 90 sn sabit fırında kullanarak 60 sn gelişimi ardından 90 sn 115 ° C maruziyet sonrası fırında ile başlayan tek bir su birikintisi geliştirme süreci, gerçekleştirin. </li><li> Karşı delikler doğru boyutları ve hizalama işaretleri ile bindirme doğruysa eğer incelemek için mikroskop kullanın. </li><li> Plazma SiO 2 kişi açıklıklar etch. Örneğin, C 2 F 6 ile bir triyot plazma yakıcısı kullanmak / CHF 3 36/144 sccm 180 mTor ve 300 W RF güçte. Eğer gerekli ise, zaman içinde 5% -10% için asitlenir üzerinde en aza indirmek için bir test gofret aşındırma oranı testleri. Not: Ti, bu flor kimyasında reaktif aşındırma dirençli olmasına rağmen, plazma uzun süre maruz kalma Ti tabakası fiziksel aşındırma ile sonuçlanacaktır. Ince tabaka plazmaya maruz kalırsa, bu negatif bir influen olacaktırCNT 12 büyümesi üzerine ce. Bu açıklıkların çok genişlemesi neden olacaktır olarak kısmen 4. sorunlu üst metalizasyonun yapma, ıslak aşındırma kullanmayın. </li><li> 60 saniye boyunca% 0.55 HF ıslak aşındırma yoluyla kurban Ti katmanı kaldırın. Su direnç kadar DI suyla durulayın gofret dağlama sonra 5 M? Ve gofret kurutmak için rinser kurutma makinesi kullanın. Not: Ti metalik gri ise Ti tabakası kazınmış eğer kontrol edilebilir bir mikroskop kullanarak, TiN tabakası altın-kahverengi renk olacaktır. </li></ol> 3. Catalyst Biriktirme ve CNT Büyüme <ol><li> Bir e-ışın buharlaştırıcı kullanılarak Co 5 nm buharlaşır. En az 2x10 -6 Torr kadar aşağı Pompa ve herhangi bir su filmi kaldırmak için yatırma önce vakum altında lambalar kullanılarak 60 ° C&#39;ye kadar ısıtın gofret. Fotoğraf karşı kontakt açıklıklar sağlamak üzere kullanılan SiO 2 kişi açıklıklar katalizörün kendini uyum sağlamak için gofret tutulur. </li><li> Kaldırasansör-off temas açıklıklar dışında Co. Co için, tetrahidrofuran (THF), düşük sıcaklıklarda iyi kalkış sonuçları ve büyüme sağladığı bulunmuştur. Daha önce Fe buharlaştırmadan sonra bir hareket başlangıcı için kullanılan N-metil-2-pirolidon (NMP), hasar bulunmuştur Co da böyle bir ölçüde herhangi hizalanmış CNT büyümesini önlemek için. 35 ° C&#39;de, THF ile bir ultrasonik banyoda 15 dakika için gofret koyun. 5 dakika boyunca DI suyla durulayın ve bir dönücü veya azot tabancası kullanarak kurutun. </li><li> Mikroskop altında gofret kontrol edin ve artıkları karşı kontrol edin. Kalıntıları elle kalıntılarını silip için kalkış amaçlı özel bir yumuşak pamuklu bir bez kullanın, isteğe bağlı olarak THF uzun bir ultrasonik tedavi gerçekleştirmek ve kalırsa. </li><li> Düşük basınçlı kimyasal buhar çöktürme (LPCVD) ile CNT büyüme gerçekleştirin. 50 sccm C 2 H 2 ekleyerek CNT büyüme izledi 80 mbar, 700 sccm&#39;lik H 2 ile 350 ° C&#39;de 8 dakika ön tavlama: Aşağıdaki tarifi kullanın. 350 ° C&#39;de, 60büyüme dakika yaklaşık 1 um CNT verir. Gerekirse ayarlamak için bir test büyüme SiO 2 tabaka olarak aynı kalınlıkta olmalıdır yükseklik, gerçekleştirin. Reaktörü soğutun ve N 2 kullanarak temizlemek. </li><li> Ya da bir kesite hazırlanmasıyla 45 ° eğim altındaki çıkış bölümünün içinde CNT yüksekliğini kontrol etmek için bir tarama elektron mikroskopu kullanın. </li><li> CNT 18 kristalliğini belirlemek için Raman spektroskopisi kullanarak örnekleri inceleyin. </li></ol> 4. Borda Metalleştirme <ol><li> Üst metal yatırmak için manyetik alanda sıçratma kullanın. Ti CNT 19 temas etmek için iyi bir metal gibi, birinci vakum bozmadan Al (% 1 Si) 2 um, ardından Ti 100 nm, saçılırlar. </li><li> Kaplama 3000 rpm&#39;de soğuk levha, spin-kaplama üzerinde gofretin soğutulması ve ardından 130 ° C de 90 sn HMDS tedavisi ile başlayan yüksek bir viskoziteye sahip pozitif fotorezist 3,1 um, ve 90 sn, yumuşak fırında de gofret 95° C. </li><li> Bir foto-litografi maskesi ve pozlama aracını kullanarak hizalama işaretleri hizalanmış üst metal deseni, maruz kalma dozu 420 mJ / cm 2, -1 odağı maruz. </li><li> Tek bir su birikintisi gelişim süreci gerçekleştirin. Bu, 100 ° C de bir geliştirici ve 90 saniye sabit fırında kullanılarak 60 sn geliştirilmesi yolu ile, ardından 90 saniye 115 ° C maruziyet sonrası fırında ile başlar. </li><li> Karşı çizgiler doğru boyutları ve işaretlere bindirme doğruysa eğer incelemek için mikroskop kullanın. </li><li> Klor plazma aşındırma kullanarak Ti / Al yığını etch. Endüktif birleştiğinde plazma kullanılarak Örneğin: 30/40 sccm Cl 2 / HBr, 5 mTorr, uç nokta tespiti ve% 80 overetch ile 40/500 W Platen / ICP RF güç 15/30 sccm Cl 2 / HBr&#39;nin kullanarak. </li><li> Işığa (1 kW, uç nokta tespiti ve 2 dakika overetch 400 sccm O 2) kaldırmak için bir oksijen plazma striptizci kullanın. Metal kapsamı tam değilse (yani, iğne delikleri etrafında vardırCNT) CNT plazma hasar görmesini önlemek için, ışığa kaldırmak için bir organik çözücü (örneğin NMP) kullanın. </li><li> Gofret temizleyin. Su direnci 5 M? (Organik temiz) olduğu kadar DI su ile çalkalayın% 99 HNO 3, 10 dakika boyunca koyun. Gofret kurutmak için rinser kurutma makinesi kullanın. </li></ol> 5. Ölçümler <ol><li> Gofret üst metalleşme kontrol etmek için üreticinin talimatlarına göre taramalı elektron mikroskobu kullanın. Not:. Şekil 3 &#39;de gösterildiği gibi gofret mekanik görüntü ile sonuçlanan 90 °&#39; lik bir eğim kullanılarak örnek yoluyla tam CNT kontrol etmek için bölünebilen Gerektiğinde numuneleri, elektriksel olarak iletken olduğu için ek bir tedavi adım kullanılmak üzere ve Numuneler doğrudan SEM içine monte edilebilir. Genel olarak, 15 ya da 20 kV yüksek ivmeli voltajının, ancak SİO2 tabakası eğer çok fazla Bu azaltılabilir t kadar şarj edilir5 kV o. </li><li> 4-nokta gerçekleştirme Şekil 1 ve Vollebregt ve ark., 16 de tarif edildiği gibi bir yarı-iletken bir parametre analizörü ile bir arada bir prob istasyonu kullanılarak prob IV ölçümleri. Not: Bir ara bağlantısı üzerindeki potansiyel damla ideal küçük Normalde -0.5 V 0.5 bir gerilim süpürme, yeterlidir. 4-noktalı prob kurulumu kullanarak prob iğne ve kurulum tel dirençler temas direnci ihmal edilmiştir. </li></ol>

<ol>
	<li>Sun, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+technologies+for+advanced+metallization+and+interconnect+systems.">Process technologies for advanced metallization and interconnect systems.</a> Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 765-768 (1997).</li><li>Robertson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+nanotubes+for+electronics.">Growth of nanotubes for electronics.</a> Mater. Today. 10 (1-2), 36-43 (2007).</li><li>Wei, B. Q., Vajtai, R., Ajayan, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+and+current+carrying+capacity+of+carbon+nanotubes.">Reliability and current carrying capacity of carbon nanotubes.</a> Appl. Phys. Lett. 79 (8), 1172-1174 (2001).</li><li>Rossnagel, S. M., Wisnieff, R., Edelstein, D., Kuan, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interconnect+issues+post+45nm.">Interconnect issues post 45nm.</a> Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 89-91 (2005).</li><li>Pop, E., Mann, D., Wang, Q., Goodson, K., Dai, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+Conductance+of+an+Individual+Single-Wall+Carbon+Nanotube+above+Room+Temperature.">Thermal Conductance of an Individual Single-Wall Carbon Nanotube above Room Temperature.</a> Nano Lett. 6 (1), 96-100 (2006).</li><li>Chiodarelli, N., 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=Measuring+the+electrical+resistivity+and+contact+resistance+of+vertical+carbon+nanotube+bundles+for+application+as+interconnects.">Measuring the electrical resistivity and contact resistance of vertical carbon nanotube bundles for application as interconnects.</a> Nanotechnology. 22 (8), 085302 (2011).</li><li>Choi, Y. -. 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=Integration+and+Electrical+Properties+of+Carbon+Nanotube+Array+for+Interconnect+Applications.">Integration and Electrical Properties of Carbon Nanotube Array for Interconnect Applications.</a> Proceedings of the Sixth IEEE Conference on Nanotechnology. , 262-265 (2006).</li><li>Dijon, J., 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=Ultra-high+density+Carbon+Nanotubes+on+Al-Cu+for+advanced+Vias.">Ultra-high density Carbon Nanotubes on Al-Cu for advanced Vias.</a> Technical digest of the IEEE International Electron Devices Meeting. , 33-34 (2010).</li><li>Kreupl, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotubes+in+interconnect+applications.">Carbon nanotubes in interconnect applications.</a> Microelectron. Eng. 64 (1-4), 399-408 (2002).</li><li>Vereecke, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+carbon+nanotube+based+vertical+interconnects.">Characterization of carbon nanotube based vertical interconnects.</a> Extended Abstracts of the 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials. , 648-649 (2012).</li><li>Vollebregt, S., Ishihara, R., Derakhshandeh, J., vander Cingel, J., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+low+temperature+aligned+carbon+nanotubes+as+vertical+interconnects+in+Si+technology.">Integrating low temperature aligned carbon nanotubes as vertical interconnects in Si technology.</a> Proceedings of the 11th IEEE Conference on Nanotechnology. , 985-990 (2011).</li><li>Yokoyama, D., 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=Electrical+Properties+of+Carbon+Nanotubes+Grown+at+a+Low+Temperature+for+Use+as+Interconnects.">Electrical Properties of Carbon Nanotubes Grown at a Low Temperature for Use as Interconnects.</a> Jpn J. App. Phys. 47 (4), 1985-1990 (2008).</li><li>Van der Veen, M. 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=Electrical+Improvement+of+CNT+Contacts+with+Cu+Damascene+Top+Metallization.">Electrical Improvement of CNT Contacts with Cu Damascene Top Metallization.</a> Proceedings of the IEEE International Interconnect Technology Conference. , 193-195 (2013).</li><li>Istratov, A. A., Hieslmair, H., Weber, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron+contamination+in+silicon+technology.">Iron contamination in silicon technology.</a> Appl. Phys. A. 70, 489-534 (2000).</li><li>Vollebregt, S., Tichelaar, F. D., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M., Ishihara, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotube+vertical+interconnects+fabricated+at+temperatures+as+low+as+350+&#176;C.">Carbon nanotube vertical interconnects fabricated at temperatures as low as 350 &#176;C.</a> 71, 249-256 (2014).</li><li>Kikkawa, T., Inoue, K., Imai, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cobalt+silicide+technology.">Cobalt silicide technology.</a> Silicide Technology for Integrated Circuits. , 77-94 (2004).</li><li>Vollebregt, S., Ishihara, R., Tichelaar, F. D., Hou, Y., Beenakker, C. I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+the+growth+temperature+on+the+first+and+second-order+Raman+band+ratios+and+widths+of+carbon+nanotubes+and+fibers.">Influence of the growth temperature on the first and second-order Raman band ratios and widths of carbon nanotubes and fibers.</a> Carbon. 50 (10), 3542-3554 (2012).</li><li>Lim, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contact+resistance+between+metal+and+carbon+nanotube+interconnects:+Effect+of+work+function+and+wettability.">Contact resistance between metal and carbon nanotube interconnects: Effect of work function and wettability.</a> Appl. Phys. Lett. 95 (26), 264103 (2009).</li><li>Awano, Y., 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=Carbon+nanotube+via+interconnect+technologies:+size-classified+catalyst+nanoparticles+and+low-resistance+ohmic+contact+formation.">Carbon nanotube via interconnect technologies: size-classified catalyst nanoparticles and low-resistance ohmic contact formation.</a> Phys. Status Solidi (a). 203 (14), 3611-3616 (2006).</li><li>Van der Veen, M. 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=Electrical+characterization+of+CNT+contacts+with+Cu+Damascene+top+contact.">Electrical characterization of CNT contacts with Cu Damascene top contact.</a> Microelectron. Eng. 106, 106-111 (2012).</li><li>Horibe, M., Nihei, M., Kondo, D., Kawabata, A., Awano, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+Polishing+Technique+for+Carbon+Nanotube+Interconnects+in+ULSIs.">Mechanical Polishing Technique for Carbon Nanotube Interconnects in ULSIs.</a> Jpn J. App. Phys. 43 (9A), 6499-6502 (2004).</li><li>Vollebregt, S., Chiaramonti, A. N., Ishihara, R., Schellevis, H., Beenakker, C. I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contact+resistance+of+low-temperature+carbon+nanotube+vertical+interconnects.">Contact resistance of low-temperature carbon nanotube vertical interconnects.</a> Proceedings of the 12th IEEE Conference on Nanotechnology. , 424-428 (2012).</li><li>Fiorentino, G., Vollebregt, S., Tichelaar, F. D., Ishihara, R., Sarro, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+the+atomic+layer+deposition+precursors+diffusion+on+solid-state+carbon+nanotube+based+supercapacitors+performances.">Impact of the atomic layer deposition precursors diffusion on solid-state carbon nanotube based supercapacitors performances.</a> Nanotechnology. 26 (6), 064002 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Şekil 1, bu çalışmada imal yapısının şematik genel bakışını gösterir ve bu 4-nokta prob ölçümleri için kullanıldı. Potansiyel hiçbir akım taşıyan problar ile ölçülür gibi, merkezi CNT demeti ve metal olan kişiler üzerinde tam potansiyel damla (VH -V L) ölçülebilir. Büyük çaplı CNT demetleri akım zorlama problar için toplam direncini azaltmak ve merkezi CNT paket üzerindeki potansiyel düşüş maksimize etmek için, kontak pedleri gelen alt TiN katmanını temas için kullanılır. Şekil 2&#39;den görülebileceği gibi, başarılı bir şekilde CNT delikten (1 mm) derinliği yaklaşık olarak aynı bir uzunluğa sahip SiO 2 kazınmış çıkış bölümünün içinde büyütülmüştür. Bu CNT uzunluğu üst metal temas konformal bir kaplama elde etmek amacıyla, yaklaşık delik derinliği ile aynı olduğundan çok önemlidir. Demetleri un görünürAyrıca, metal dış kaplama yardımcıları iform. Tüplerin doğrusallık ve dikey hizalama iyi Şekil 3&#39;te gösterildi kesitte görülebilir. Sayarak CNT paket yoğunluğu yaklaşık 5x10 10 tüp / cm2 olduğu tahmin edilmiştir. Başka bir yerde, 16 gösterildiği gibi transmisyon elektron mikroskopisi tüpler ortalama çapı kullanılarak, 8 nm olduğu tespit edilmiştir. Nedeniyle düşük büyüme sıcaklıklara CNT duvarları zor duvarların sayısını belirleyen yapma birçok kusurları içerir. Borular, bambu geçitleri gözlenmiştir, ancak, içi boş göbeğe sahip görünmektedir. Enine-kesiti aynı zamanda taban ince tabaka ve kısmen ıslak aşındırma sırasında SiO 2 altında uzaklaştırılır gözden çıkarılabilir Ti tabakasını gösterir. Delikler birbirine geçici Ti tabakası yakma süresi kapalı konursa oksit ince tabakalara ayrılmalarını önlemek için underetch en aza indirmek için optimize edilmesi gerekebilir. Nedeniyle deliğin kuru-hakketme içinSiO 2 ve CNT paket arasındaki mesafe CNT paket etrafında kısa devre oluşturan püskürtülen Ti ve Al önlemek için gerekli olan çok az. CNT Raman veri kristallikte (veya kalite) kullanılarak araştırılabilir. Farklı Raman bantları bantların her-diğer deconvolution yakın yerde olduğu gibi 18 açıklandığı gibi, gereklidir. Şekil 4&#39;te Raman verilerden güçlü D ve D &#39;grubu, gözlenebilir G grubu CC bağ ile ilişkili iken, kusurlar dağılma Raman neden olan açıktır. Diğer iki bant daha doğru montaj için dahil edilmiştir zayıf Raman özellikleridir. Bilindiği gibi bir düşük değerli CNT kaliteye 18 genel sonuçlar, düşük büyüme sıcaklığı. Genellikle G yoğunluk oranının üzerinde D (I g / d) Şekil 4&#39;te 1.1 grafitik malzemelerin kalitesini değerlendirmek için kullanılır. Edildiğini Asörneğin Ferrari ve Robertson 20 tarafından gösterilen tr, bakım, yalnızca bu bant oranı kullanılırken alınmalıdır. Oranı monoton olarak azalır, bundan sonra CNT artan kalite, kristalleştirme bir miktar elde edilinceye kadar ilk önce, D / G oranı arttıkça, ile. Son derece düşük bir büyüme sıcaklığı CNT bu çalışmada bu eşiğin altına 16 bir kristalliğe sahip görünmektedir. Bu gibi durumlarda, D bandının yarı maksimum tam genişlikli farklı işlem koşulları 18 imal CNT örnekleri karşılaştırma için kullanılabilir. Bu CNT düşük kaliteli ölçüde elektrik performansını etkilemesi beklenebilir. Şekil 5&#39;te IV özelliklerinin neredeyse tamamen lineer davranış bakılırsa, CNT ve üst ve alt metal katmanları arasındaki temasların omik bulunmaktadır. Demetin direnci CNT Paral hazırla more olarak beklenen çapı azalırDaha büyük demetleri için lel. CNT ve metaller arasındaki iyi iletişim Ti 19 kullanımına atfedilen ve oksidasyona 21 karşı daha dayanıklı olduğu TiN olduğunu. Bunun yanı sıra, biz nedeniyle büyütüldükten sonra CNT herhangi bir dielektrik kaplama adımlarının olmaması nedeniyle, çoğu zaman, kimyasal, mekanik cilalama (CMP) 22,23 ile birlikte literatürde yaygın olarak kullanılan bir şey (örneğin spin-on cam kullanılarak) bulundu CNT temas direnci nedeniyle üst metal 24 CNT ipuçları gömme düşüktür. Şekil 6 yapıldığı gibi CNT, literatürle demetleri arasında özdirençler karşılaştırıldığında, sonuçlar literatürdeki ortalama değerleri arasında yer almaktadır. Ancak, bu çalışmada kullanılan gelişme sıcaklığı rekor düşük. Yokoyama ve ark sonuçları. 13 sadece 40 ° C daha yüksek büyüme sıcaklığı kullanılarak literatürde düşük özdirenç vardır. Ancak, ekipman Co par için kullanılanişlerinde TICLE biriktirme olasılıkla büyük hacimli üretime ölçeklenebilir değildir. Açıkça direnç daha yüksek bir büyüme sıcaklıkları sağlayan bir uygulama için avantajlı olabilir büyüme sıcaklığının, artması ile azalmaktadır. CNT direncine karşılaştırılması Cu gibi geleneksel ara-bağlantı metallerden (1,7 μΩ-cm) demetleri, bu direnç güçlü bir azalma gerekli olduğu açıktır. CNT ve paket yoğunluğu kalitesinin artırılması, büyüme koşullarını optimize ederek, gerekli olacaktır. Bu modern düşük κ malzeme ve esnek yüzeylerde ile entegrasyon sağlamak amacıyla, büyüme sıcaklığı artırmadan yapılmalıdır. Böylece standart yarıiletken üretiminde içine düşük sıcaklık CNT büyüme ve entegrasyon entegre bir teknik göstermiştir. Bu teknik testi yapıları aracılığıyla CNT imal etmek için kullanılan olmuştur ve son zamanlarda CNT süper kapasitörler 25 üretim için uygulanmıştır &lt;/ sup&gt;.

Bakır ve tungsten, şu anda devlet-of-the-art çok-büyük ölçekli entegrasyon (VLSI) teknolojisinde ara bağlantı için kullanılan metaller, güvenilirlik ve elektrik iletkenliği 1 açısından fiziksel sınırlarının yaklaşıyor. Aşağı-ölçekleme transistörler genellikle performansı artırır iken, aslında direnç ve interconnect&#39;lerdeki akım yoğunluğunu arttırır. Bu gecikme ve güç tüketimi 2 açısından entegre devre (IC) bir performans hakim ara bağlantı ile sonuçlanmıştır. Karbon nanotüpler (CNT) dikey interconnet CNT olarak (yollar,) kolayca 3 dikey büyümüş olabilir özellikle, Cu ve W madensel alternatif olarak ileri sürülmüştür. CNT Cu 4 den 1000 katı daha yüksek akım yoğunluğu bir ile tamamen mükemmel elektriksel güvenilirlik gösterilmiştir. Ayrıca, CNT yüzey ve tane sınırı saçılma muzdarip değil, hangi r artıyornanometre ölçeğinde 5 de Cu esistivity. Son olarak, CNT VLSI fiş ısı yönetimi yardımcı olabilir mükemmel termal iletken 6, olduğu gösterilmiştir. VLSI teknolojisi CNT başarılı entegrasyon için CNT büyüme süreçleri yarı iletken fabrikasyon uyumlu yapılmış olması önemlidir. Bu malzeme ve büyük ölçekli imalat uyumlu ve ölçeklenebilir kabul edilir ekipman kullanılarak CNT (&lt;400 ° C) düşük sıcaklık büyümesini gerektirir. CNT Test yolların bir çok örneği literatürde 7,8,9,10,11,12,13,14 gösterilmiştir olsa da, bunların çoğu IC kontaminant 15 imalat olarak kabul edilir, katalizör olarak Fe kullanımı. Bunun yanı sıra, bu çalışmaların birçoğunda kullanılan büyüme sıcaklığı 400 ° C üst sınırının çok daha yüksektir. Tercihen CNT hatta modern düşük κ yalıtkanların veya esnek ile entegrasyon sağlamak amacıyla, 350 ° C&#39;nin altında yetiştirilen olmalıdıryüzeyler. Burada katalizör 16 VR ile 350 ° C kadar düşük sıcaklıklarda CNT yetiştirmek için ölçeklenebilir bir yöntem sunulmaktadır. Bu yöntem, entegre devreler dik olarak sıralanmaktadır CNT oluşan farklı elektrik yapıların imal edilmesi, süper kondansatör ve alan emisyon cihazlara ara-bağlantısı ve elektrotların arasında değişen için ilgi çekmektedir. TiN sık kullanılan bariyer malzemesi 7 ise Co katalizör metal genellikle, silisid en 17 imalatı için IC imalat alanlarında kullanılmaktadır. Ayrıca, yalnızca standart yarıiletken imalat teknikleri kullanarak CNT Test VIAS imal edilmesi için bir işlem ortaya koymaktadır. Bu grubu, CNT testi yollar, elektron mikroskobu (SEM) ve Raman spektroskopisi ve elektriksel karakterize tarayarak tarafından denetlenir, imal edilir.

<table><tbody><tr><td>Si (100) wafer 4&quot;</td><td>International Wafer Service</td><td></td><td>Resisitivity: 2-5 m&amp;Omega;-cm, thickness: 525 &amp;micro;m&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Ti-sputter target (99.995% purity)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Al (1% Si)-sputter target (99.999% purity)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Co (99.95% purity)</td><td>Kurt J. Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SPR3012 positive photoresist</td><td>Dow Electronic Materials</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MF-322 developer</td><td>Dow Electronic Materials</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HNO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; (99.9%)</td><td>KMG Ultra Pure Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HNO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; (69.5%)</td><td>KMG Ultra Pure Chemicals</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HF 0.55%</td><td>Honeywell</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran</td><td>JT Baker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ECI3027 positive photoresist</td><td>AZ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tetraethyl orthosilicate (TEOS)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (99.9990%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (99.9999%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CF&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; (99.9970%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (99.9900%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HBr (99.9950%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ar (99.9990%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>C&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;F&lt;sub&gt;6&lt;/sub&gt; (99.9990%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CHF&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; (99.9950%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (99.9950%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>C&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; (99.6000%)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EVG 120 coater/developer</td><td>EVG</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ASML PAS5500/80 waferstepper</td><td>ASML</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SPTS &amp;Omega;mega 201 plasma etcher</td><td>SPTS</td><td></td><td>Used for Si and metal etching</td></tr><tr><td>SPTS &amp;Sigma;igma sputter coater</td><td>SPTS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Novellus Concept One PECVD</td><td>LAM</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Drytek 384T plasma etcher</td><td>LAM</td><td></td><td>Used for oxide etching</td></tr><tr><td>CHA Solution e-beam evaporator</td><td>CHA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AIXTRON BlackMagic Pro CVD tool</td><td>AIXTRON</td><td></td><td>Carbon nanotube growth</td></tr><tr><td>Philips XL50 scanning electron microscope</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tepla 300</td><td>PVA TePla</td><td></td><td>Resist plasma stripper</td></tr><tr><td>Avenger rinser dryer</td><td>Microporcess Technologies</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Leitz MPV-SP reflecometer</td><td>Leitz</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Renishaw inVia Raman spectroscope</td><td>Renishaw</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Agilent 4156C parameter spectrum analyzer</td><td>Agilent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cascade Microtech probe station</td><td>Cascade Microtech</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication of low temperature carbon nanotube vertical interconnects compatible with semiconductor technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

Bu çalışmada kullanılan ölçüm yapısının tasarımı, Şekil 1 &#39;de bulunabilir. Prob, tel dirençleri atlatılabilir olarak CNT demeti direnci ve metal CNT dirençleri ölçümü doğru olarak belirlenebilir, böyle bir yapının kullanılması suretiyle. Demetin direnci CNT demetinin kalitesi ve yoğunluğu için bir ölçüdür. Farklı uzunluklarda temas direnci demetleri belirlemek için ölçülür. 45 ° hızıyla metalle önce üst alınan 60 dakika boyunca 350 ° C &#39;de yetiştirilen CNT tipik bir SEM görüntüsü Şekil 2&#39; de gösterilmiştir. Bu tür bir görüntü kontrol etmek için yararlıdır CNT büyüme süresi doğru üzere ayarlanmışsa SiO2 tabakanın kalınlığı da aynı uzunluğu elde etmek. Metalle ardından aynı gofretin SEM ile kontrol mekanik ayrışması hazırlanan bir kesiti, Şekil 3 &#39;de gösterilmiştir. Bu olabilir be, bunların yoğunluğu (örneğin, birim uzunluk başına CNT sayısını saymak) CNT farklılıklarını belirlemek için kullanılabilir, ve yüksek çözünürlük halinde SEM ve bunların çapını belirlemek için kullanılır. Ayrıca CNT ve metal katmanlar arasındaki temas yüzeyi araştırılabilir. 350 ° C &#39;de Co-yetiştirilen CNT Raman spektrası Şekil 4&#39;te gösterilir. Raman spektroskopisi CNT 18 kristal araştırmak için güçlü bir tekniktir ve örneğin en yüksek elde etmek için CNT büyüme parametrelerini optimize etmek için kullanılabilir Kaliteli CNT. IV ölçümleri dört nokta prob yapıları kullanılarak yapılmıştır ve IV davranışı doğrusal olduğunda, CNT ve metal kontaklar arasındaki omik kartviziti gösterir. Şekil 5&#39;de görüntülenir. Yamaç elektrik direnç tespit edilebilir. Direniş ve bu CNT demetleri ile karşılaştırıldığında direnç hesaplanabilir demetleri boyutunda itibarenŞekil 6&#39;da edebiyat. <img alt="figür 1" src="/files/ftp_upload/53260/53260fig1.jpg" /> Koyu sarı tabaka TİN, siyah borular CNT demetleri gösterir Şekilde Şekil Bu çalışmada kullanılan 4-noktalı prob ölçüm yapısının 1. Tasarım., Ve metalik katman Ti ve Al yığını. Gözden çıkarılabilir tabaka, Ti, açıklık amacıyla çıkarılmıştır ve oksit yarı saydamdır. Elektrik 4-noktalı prob ölçümleri için prob bağlantıları gösterilir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53260/53260fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/53260/53260fig2.jpg" /> Bir CNT demet Şekil 2. Üst görünüm SEM görüntüsü. Bu iç kazınmış bir kontak açıklığı yetiştirilen 2 mikron genişliğinde CNT demeti göstermektedirSiO 2. Bu rakam Elsevier izni ile, 16 ila modifiye edilmiştir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53260/53260fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53260/53260fig3.jpg" /> Şekil ile CNT 3. SEM enine kesit. Üzeri 2 um genişliğinde ve 1 mikron uzunluğunda CNT test kesiti metalle sonrası mekanik klivaj kullanılarak hazırlandı. Bu rakam Elsevier izni ile, 16 ila modifiye edilmiştir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53260/53260fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53260/53260fig4.jpg" /> Co, bir kullanılarak yetiştirilen CNT paket Şekil 4. Raman spektrumu<html> t 350 ° C. Raman bantların isimleri belirtilmiştir. Siyah eğri ham ölçüm verilerini görüntüler. Bir Lorentz uydurma yapılır tüm gruplar için bir Gauss 18 tarafından takılmıştır D &#39;grubu hariç, (yeşil eğrileri kesik). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53260/53260fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53260/53260fig5.jpg" /> Düz çizgi ölçüm verileri uydurma doğrusal en küçük kareler işaret ederken, farklı çaplarda CNT testi yolların Şekil 5. IV ölçümleri. Sembolleri, ölçüm verileri temsil eder. Doğrusal montaj eğiminden belirlendiği gibi farklı yolların elektrik dirençleri belirtilmiştir. Bu rakam Elsevier izni ile, 16 ila modifiye edilmiştir.tp_upload / 53260 / 53260fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/53260/53260fig6.jpg" /> Şekil literatürdeki değerlerle CNT paket direnç 6. karşılaştırılması. Özdirenç direnci ve boyutlar üzerinden hesaplanır. Bu literatür değerleri ile karşılaştırıldı ve CNT yollar, bu çalışmada açıklanan yöntem kullanılarak, farklı sıcaklıklarda imal edilir. Bu rakam Elsevier izni ile, 16 ila modifiye edilmiştir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53260/53260fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology at JoVE.com

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Yarıiletken Teknolojisi ile uyumlu Düşük Sıcaklık Karbon Nanotüp Dikey Bağlantıları Fabrikasyon

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

fabrication-low-temperature-carbon-nanotube-vertical-interconnects

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

7.6K Görüntüleme.  Delft University of Technology. A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Video: Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

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.

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp

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

Mühendislik

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 tarafından Nanogaps imalatı

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

Kimya

Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays. Here, CNT arrays are defined as densely packed multi-walled carbon nanotubes oriented perpendicular to the growth substrate as a result of a growth process by the standard thermal chemical vapor deposition (CVD) technique.1,2 These CNT arrays are then exposed to vacuum annealing treatment to make them more hydrophobic or to dry oxidation treatment to render them more hydrophilic. The hydrophobic CNT arrays can be turned hydrophilic by exposing them to dry oxidation treatment, while the hydrophilic CNT arrays can be turned hydrophobic by exposing them to vacuum annealing treatment. Using a combination of both treatments, CNT arrays can be repeatedly switched between hydrophilic and hydrophobic.2 Therefore, such combination show a very high potential in many industrial and consumer applications, including drug delivery system and high power density supercapacitors.3-5
The key to vary the wettability of CNT arrays is to control the surface concentration of oxygen adsorbates. Basically oxygen adsorbates can be introduced by exposing the CNT arrays to any oxidation treatment. Here we use dry oxidation treatments, such as oxygen plasma and UV/ozone, to functionalize the surface of CNT with oxygenated functional groups. These oxygenated functional groups allow hydrogen bond between the surface of CNT and water molecules to form, rendering the CNT hydrophilic. To turn them hydrophobic, adsorbed oxygen must be removed from the surface of CNT. Here we employ vacuum annealing treatment to induce oxygen desorption process. CNT arrays with extremely low surface concentration of oxygen adsorbates exhibit a superhydrophobic behavior.

This article describes a simple method to fabricate vertically aligned carbon nanotube arrays by CVD and to subsequently tune their wetting properties by exposing them to vacuum annealing or dry oxidation treatment.

Karbon Nanotube Dizilerin Islatma Özellikleri Tuning Tedaviler Tavlama Kuru Oksidasyon ve Vakum

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

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.

Keyfi Yüzeyler üzerinde Dikey dizilmiş Küçük-moleküler Organik Nanoteller bir ultra yüksek Yoğunluk Dizi

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

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite in&#64257;ltration of 3D interconnected microfluidic networks. The manufacturing of the reinforced beams begins with the fabrication of microfluidic networks, which involves layer-by-layer deposition of fugitive ink filaments using a dispensing robot, filling the empty space between filaments using a low viscosity resin, curing the resin and finally removing the ink.&#160;Self-supported 3D structures with other geometries and many layers (e.g.&#160;a few hundreds layers) could be built using this method. The resulting tubular micro&#64258;uidic networks are then infiltrated with thermosetting nanocomposite suspensions containing nanofillers (e.g.&#160;single-walled carbon nanotubes), and subsequently cured. The infiltration is done by applying a pressure gradient between two ends of the empty network (either by applying a vacuum or vacuum-assisted microinjection). Prior to the infiltration, the nanocomposite suspensions are prepared by dispersing nanofillers into polymer matrices using ultrasonication and three-roll mixing methods. The nanocomposites (i.e.&#160;materials infiltrated) are then solidified under UV exposure/heat cure, resulting in a 3D-reinforced composite structure. The technique presented here enables the design of functional nanocomposite macroscopic products for microengineering applications such as actuators and sensors.

Three-dimensional (3D) microstructured composite beams are fabricated through the directed and localized infiltration of nanocomposites into 3D porous microfluidic networks. The flexibility of this manufacturing method enables the utilization of different thermosetting materials and nanofillers in order to achieve a variety of functional 3D reinforced nanocomposite macroscopic products.

Mikroakışkan Sızma yoluyla üç boyutlu mikrostrüktürlü nanokompozitlerin İmalat

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Silikon Doğrudan Gofret Yapıştırma ile Tek tip Nano ölçekli Boşlukların İmalatı

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

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

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

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

Yüksek İyonik Güç Çözümleri Algılama için karbon Nanotube Yüksek Frekans nanoelektronik Biyosensör Fabrikasyon

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

Biyomühendislik

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

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Akış yoluyla Dielectrophoresis: Yüksek performanslı çözüm processable Nanowire cihazları imalatı için düşük maliyetli bir yöntem

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

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.

İki boyutlu nanoelektronik imal etmek standart ve güvenilir bir yöntem

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

Fabrication of Micro-Patterned Chip with Controlled Thickness for High-Throughput Cryogenic Electron Microscopy

A major limitation for the efficient and high-throughput structure analysis of biomolecules using cryogenic electron microscopy (cryo-EM) is the difficulty of preparing cryo-EM samples with controlled ice thickness at the nanoscale. The silicon (Si)-based chip, which has a regular array of micro-holes with graphene oxide (GO) window patterned on a thickness-controlled silicon nitride (SixNy) film, has been developed by applying microelectromechanical system (MEMS) techniques. UV photolithography, chemical vapor deposition, wet and dry etching of the thin film, and drop-casting of 2D nanosheet materials were used for mass-production of the micro-patterned chips with GO windows. The depth of the micro-holes is regulated to control the ice thickness on-demand, depending on the size of the specimen for cryo-EM analysis. The favorable affinity of GO toward biomolecules concentrates the biomolecules of interest within the micro-hole during cryo-EM sample preparation. The micro-patterned chip with GO windows enables high-throughput cryo-EM imaging of various biological molecules, as well as inorganic nanomaterials.

A newly developed micro-patterned chip with graphene oxide windows is fabricated by applying microelectromechanical system techniques, enabling efficient and high-throughput cryogenic electron microscopy imaging of various biomolecules and nanomaterials.