Name: fabricating nanogaps by nanoskiving
Uploaded: 2013-05-13T13:00:00
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Questo lavoro è parte del programma Solar comune (JSP) di Hyet solare e la Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie FOM, che fa parte dei Paesi Bassi Organizzazione per la ricerca scientifica (NWO).

1. Preparazione di un blocco per il sezionamento <ol><li> Trattare un tecnico di livello 3 &quot;wafer di silicio in un plasma un&#39;aria più pulita in 30 sec e poi esporlo a (tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydrooctyl) vapore trichlorosilane per un&#39;ora. Nota: Questo passaggio è necessario prima passo 1.4 per impedire la resina epossidica aderisca al wafer di silicio. </li><li> Depositare uno strato di oro (generalmente 100 nm di spessore, che definisce la larghezza dei fili) attraverso una matric...

<ol>
	<li>Lipomi, D. J., Martinez, R. V., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+thin+sectioning+(nanoskiving)+to+fabricate+nanostructures+for+electronic+and+optical+applications.">Use of thin sectioning (nanoskiving) to fabricate nanostructures for electronic and optical applications.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 50 (37), 8566-8583 (2011).</li><li>Xu, Q., Rioux, R. M., Dickey, M. D., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoskiving:+A+new+method+to+produce+arrays+of+nanostructures.">Nanoskiving: A new method to produce arrays of nanostructures.</a> Acc. Chem. Res. 41 (12), 1566-1577 (2008).</li><li>Xu, Q., Rioux, R. M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+complex+metallic+nanostructures+by+nanoskiving.">Fabrication of complex metallic nanostructures by nanoskiving.</a> ACS Nano. 1 (3), 215-227 (2007).</li><li>Reed, M. A., Zhou, C., Muller, C. J., Burgin, T. P., Tour, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conductance+of+a+molecular+junction.">Conductance of a molecular junction.</a> Science. 278 (5336), 252-254 (1997).</li><li>Chen, W., Ahmed, H., Nakazoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulomb+blockade+at+77+k+in+nanoscale+metallic+islands+in+a+lateral+nanostructure.">Coulomb blockade at 77 k in nanoscale metallic islands in a lateral nanostructure.</a> Appl. Phys. Let. 66 (24), 3383-3384 (1995).</li><li>Morpurgo, A. F., Marcus, C. M., Robinson, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+fabrication+of+metallic+electrodes+with+atomic+separation.">Controlled fabrication of metallic electrodes with atomic separation.</a> Appl. Phys. Let. 74 (14), 2084-2086 (1999).</li><li>Paska, Y., Haick, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+cross-linking+changes+within+a+self-assembled+monolayer+in+a+nanogap+junction:+A+tool+for+investigating+the+intermolecular+electronic+coupling.">Systematic cross-linking changes within a self-assembled monolayer in a nanogap junction: A tool for investigating the intermolecular electronic coupling.</a> J. Am. Chem. Soc. 132 (6), 1774-1775 (2010).</li><li>Park, J., Pasupathy, A. N., Goldsmith, J. I., Chang, C., Yaish, Y., Petta, J. R., Rinkoski, M., Sethna, J. P., Abruna, H. D., McEuen, P. L., Ralph, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulomb+blockade+and+the+kondo+effect+in+single-atom+transistors.">Coulomb blockade and the kondo effect in single-atom transistors.</a> Nature. 417 (6890), 722-725 (2002).</li><li>Nagase, T., Kubota, T., Mashiko, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+nano-gap+electrodes+for+measuring+electrical+properties+of+organic+molecules+using+a+focused+ion+beam.">Fabrication of nano-gap electrodes for measuring electrical properties of organic molecules using a focused ion beam.</a> Thin Solid Films. 438-439, 374-377 (2003).</li><li>Kubatkin, S., Danilov, A., Hjort, M., Cornil, J., Br&#233;das, J. -. L., Stuhr-Hansen, N., Hedeg&#229;rd, P., Bj&#248;rnholm, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Electron+Transistor+of+a+Single+Organic+Molecule+with+Access+to+Several+Redox+States.">Single-Electron Transistor of a Single Organic Molecule with Access to Several Redox States.</a> Nature. 425 (6959), 698-701 (2003).</li><li>Notargiacomo, A., Foglietti, V., Cianci, E., Capellini, G., Adami, M., Faraci, P., Evangelisti, F., Nicolini, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+force+microscopy+lithography+as+a+nanodevice+development+technique.">Atomic force microscopy lithography as a nanodevice development technique.</a> Nanotechnology. 10 (4), 458-463 (1999).</li><li>Qin, L., Park, S., Huang, L., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-wire+lithography.">On-wire lithography.</a> Science. 309 (5731), 113-115 (2005).</li><li>Hatzor, A., Weiss, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+rulers+for+scaling+down+nanostructures.">Molecular rulers for scaling down nanostructures.</a> Science. 291 (5506), 1019-1020 (2001).</li><li>Pourhossein, P., Chiechi, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directly+addressable+sub-3+nm+gold+nano-gaps+fabricated+by+nanoskiving+using+self-assembled+monolayers+as+templates.">Directly addressable sub-3 nm gold nano-gaps fabricated by nanoskiving using self-assembled monolayers as templates.</a> ACS Nano. 6, 5566-5573 (2012).</li><li>Lipomi, D. J., Ilievski, F., Wiley, B. J., Deotare, P. B., Lon&#269;ar, M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+fabrication+and+magnetic+positioning+of+metallic+and+polymeric+nanowires+embedded+in+thin+epoxy+slabs.">Integrated fabrication and magnetic positioning of metallic and polymeric nanowires embedded in thin epoxy slabs.</a> ACS Nano. 3 (10), 3315-3325 (2009).</li><li>Mays, R. L., Pourhossein, P., Savithri, D., Genzer, J., Chiechi, R. C., Dickey, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thiol-containing+polymeric+embedding+materials+for+nanoskiving.">Thiol-containing polymeric embedding materials for nanoskiving.</a> Journal of Materials Chemistry C. , (2013).</li><li>Thuo, M. M., Reus, W. F., Nijhuis, C. A., Barber, J. R., Kim, C., Schulz, M. D., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Odd-even+effects+in+charge+transport+across+self-assembled+monolayers.">Odd-even effects in charge transport across self-assembled monolayers.</a> J. Am. Chem. Soc. 133 (9), 2962-2975 (2011).</li><li>Song, H., Kim, Y., Jeong, H., Reed, M. A., Lee, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+Tunneling+Transport+in+Molecular+Junctions.">Coherent Tunneling Transport in Molecular Junctions.</a> J. Phys. Chem. C. 114 (48), 20431-20435 (2010).</li><li>Wang, W. Y., Lee, T., Reed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+Electron+Conduction+in+Self-Assembled+Alkanethiol+Monolayer+Devices.">Mechanism of Electron Conduction in Self-Assembled Alkanethiol Monolayer Devices.</a> Phys. Rev. B. 68 (3), 035416 (2003).</li><li>Weiss, E. A., Chiechi, R. C., Kaufman, G. K., Kriebel, J. K., Li, Z., Duati, M., Rampi, M. A., Whitesides, G. 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+defects+on+the+electrical+characteristics+of+Mercury-Drop+junctions:+Self-Assembled+monolayers+of+n-+Alkanethiolates+on+rough+and+smooth.">Influence of defects on the electrical characteristics of Mercury-Drop junctions: Self-Assembled monolayers of n- Alkanethiolates on rough and smooth.</a> 129 (14), 4336-4349 (2007).</li></ol>

In questo lavoro abbiamo dimostrato la fabbricazione di strutture nanogap utilizzando nanoskiving. Questo metodo sperimentalmente semplice consente la produzione di nanostrutture al ritmo di circa uno al secondo, con controllo su tutte e tre le dimensioni. Il divario di dimensioni è definita da incorporare entrambi gli strati sacrificali di alluminio e argento o monostrati auto-assemblati di ditioli (che offre una risoluzione piccolo come una). Le nanostrutture possono essere posizionati a mano su qualsiasi substrato a...

Questo articolo descrive la realizzazione di elettricamente indirizzabili,-aspect-alto rapporto nanofili d&#39;oro separate da spazi vuoti delle singole nanometri utilizzando sottovuoto depositato alluminio e argento come sacrificali strati spaziatori per le lacune&gt; 5 nm e monostrati auto-assemblati (SAM) di alkanedithiols per lacune piccole come 1,7 nm. Abbiamo inventato queste nanostrutture senza una camera pulita o eventuali processi fotolitografici sezionando strutture sandwich di oro separati da un distanziatore sacrificale utilizzando un ultramicrotomo, una forma di spigolo litografia noto come nanoskiving. 1-3 Questo metodo è una combinazione della deposizione di metallo sottile film e sezionamento con un ultramicrotomo. Il passo principale in nanoskiving sta affettando sezioni sottili con un ultramicrotomo dotato di lama di diamante che è attaccato ad una barca piena di acqua per la produzione di lastre, che sono sottili come ~ 30 nm. Ultramicrotomi sono ampiamente utilizzati per la preparazione di campioni sottili per l&#39;imaging con ottica o eleggereron microscopia e molti dei professionisti più esperienza di ultramicrotomia provengono da un background biologico o medico. Ci sono diversi metodi di nanogap fabbricare compreso giunzioni meccaniche di rottura, 4 elettroni-litografia a fascio 5, elettrochimica placcatura, 6, 7, 8 elettromigrazione fascio ionico focalizzato litografia, 9 ombra evaporazione, 10 sonda di scansione e microscopia a forza atomica, 11 sul filo litografia , governanti 12 e molecolare. 13 Tutti questi metodi hanno le proprie caratteristiche e le applicazioni, ma la produzione e affrontare nanogap sia a numeri utili e con un controllo preciso delle dimensioni del gap rimane una sfida. Inoltre questi metodi hanno costi di gestione elevati, sono limitati alla classe di materiali che possono sopravvivere i processi di incisione, e sono limitati in risoluzione. Nanoskiving consente la rapida realizzazione di nanofili elettricamente indirizzabili con Spacing di singoli nanometri sul banco. Ci interessa la prototipazione rapida di nanostrutture per l&#39;elettronica molecolare, per il quale gli elettrodi nano-fabbricati non richiedono tecniche specializzate o in termini di tempo; 14 una volta un blocco è fatto, può produrre centinaia di migliaia di nanostrutture, (serialmente) su richiesta. Tuttavia, la tecnica non è limitato a SAM o Elettronica molecolare ed è un metodo generale per la preparazione di un divario tra due nanostrutture. In questo lavoro utilizziamo argento, alluminio, e SAM come strati sacrificali per produrre spazi vuoti di varie dimensioni tra i nanofili d&#39;oro, ma la tecnica non è limitata a questi materiali (o di nanofili metallici). I fili sono pick-and-place e sono compatibili con l&#39;allineamento magnetico, quindi possono essere collocati su supporti arbitrari. Altro punto di forza di 15 nanoskiving è che permette il controllo di tutte e tre le dimensioni. Le dimensioni dei campioni sono determinati dalla topografia del substrato (X), laspessore del film depositato (Y) e lo spessore della lastra prodotta dal ultramicrotomo (Z). Figura 1 riassume il procedimento usato per produrre i nanofili con la spaziatura definita. Funzionalità Gold (1-2 mm in lunghezza) sono depositati per evaporazione attraverso una maschera Teflon su un substrato di silicio. EPOFIX (Electron Microscopy Sciences) epossidica pre-polimero viene versato su tutto il wafer, che copre le caratteristiche d&#39;oro, quando la resina epossidica è guarito, la resina epossidica è separata dal wafer (cioè tramite template stripping); le caratteristiche dell&#39;oro rimangono rispettate la resina epossidica . Per strati sacrificali metallici, alluminio o argento viene evaporata con lo spessore desiderato attraverso la maschera Teflon con un offset di 200 - 500 micron sopra le caratteristiche oro. Per produrre sub-5 lacune nm, un SAM è formato immergendo le caratteristiche oro in una soluzione etanolica 1 mM del dithiol appropriata durante la notte. Un secondo insieme di oro (o altro metallo) viene depositato ponendo il shadowmask Teflon sulprimo strato di caratteristiche oro (rivestito in argento, alluminio o un SAM) con un offset di 200 - 500 micron rispetto alla prima evaporazione. Questo offset finirà per definire la dimensione più lunga del gap, e può essere misurata con precisione utilizzando un micro-righello prima di incorporare l&#39;intera struttura in resina epossidica per il sezionamento. Poi l&#39;intera struttura è incorporato in un blocco di resina epossidica che poi potrebbe essere pronto per il sezionamento con la ultramicrotomo. Il braccio campione contiene l&#39;intero blocco preparato come la lama di diamante avanza verso di esso in passaggi controllati che definiranno lo spessore delle lastre. La sezione risultante galleggia sull&#39;acqua in barca.

<table border="1">
<tbody>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Reagent/Material</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Epofix epoxy resin </td>
 <td> Electron Microscopy </td>
 <td> 1232 </td>
 <td> </td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td> Sciences </td>
 <td> </td>
 <td> </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Gold </td>
 <td> Schone Edelmetaal B.V</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Aluminum </td>
 <td> Umicore Materials AG </td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Silver </td>
 <td> Umicore Materials AG </td>
 <td> </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>(tridecafluoro-1,1,2,2, </td>
 <td> ABCR GmbH co.KG</td>
 <td> 78560-45-9 </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>-tetrahydrooctyl) </td>
 <td> </td>
 <td> </td>
 <td> </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>trichlorosilane </td>
 <td></td>
 <td> </td>
 <td> </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>,12-dodecanedithiol </td>
 <td> Home-synthesised </td>
 <td> </td>
 <td>According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>,14-tetradecanedithiol </td>
 <td> synthesized in house </td>
 <td> </td>
 <td> According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>,16-hexadecanedithiol </td>
 <td> synthesized in house </td>
 <td> </td>
 <td>According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Equipment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Thermal deposition system </td>
 <td> home-built </td>
 <td> </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ultramicrotome </td>
 <td> Leica Microsystems </td>
 <td> </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dimanod knife ultra 35 </td>
 <td> Diatome </td>
 <td> DU3540</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dimanod knife ultra 45 </td>
 <td> Scimed GMBH </td>
 <td> </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Scanning electron microscope </td>
 <td> JOEL </td>
 <td> </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Source meter </td>
 <td> Keithley </td>
 <td> </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Table 1. Tables of Specific Reagents and Equipment.</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

fabricating nanogaps by nanoskiving

Ci sono diversi metodi di fabbricazione nanogap con spaziature controllati, ma il controllo preciso della spaziatura sub-nanometrica tra due elettrodi-e che li generano in pratiche quantità-è ancora impegnativo. La preparazione di elettrodi nanogap utilizzando nanoskiving, che è una forma di litografia bordo, è un veloce, tecnica semplice e potente. Questo metodo è un processo interamente meccanico che non include alcuna foto-litografiche o passi a fascio elettronico e non richiede particolari attrezzature o infrastrutture come camere bianche. Nanoskiving viene utilizzato per fabbricare nanogap elettricamente indirizzabili con controllo su tre dimensioni, il lato minore di queste strutture è definita dallo spessore dello strato sacrificale (Al o Ag) o monostrati auto-assemblati. Questi cavi possono essere posizionati manualmente trasportandoli sulle gocce d&#39;acqua e sono direttamente elettricamente indirizzabili; non sono necessarie ulteriori litografia per collegarli ad unelettrometro.

Abbiamo preparato strutture nanogap incorporando due strati sacrificali metallici come il distanziatore: alluminio e argento. Noi acidato questi strati per ottenere lacune del desiderato spessori. Come descritto nella sezione Protocollo, dopo il sezionamento abbiamo esposto le strutture contenenti argento al plasma di ossigeno, e quelli contenenti alluminio per acquoso HCl. Figura 2 mostra la scansione al microscopio elettronico (SEM) dei nanofili risultanti con separazione su scala nanometrica. In entr...

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Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

La fabbricazione di elettricamente indirizzabili,-aspect-ratio elevato (&gt; 1000:1) nanofili metallici separati da spazi vuoti delle singole nanometri utilizzando sia strati sacrificali di alluminio e argento o monostrati auto-assemblati come modelli è descritta. Queste strutture nanogap sono fabbricati senza una camera pulita o una foto-o fasci elettronici litografiche processi da una forma di spigolo litografia conosciuta come nanoskiving.

Realizzazione nanogap da Nanoskiving

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

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