Name: fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography
Uploaded: 2017-09-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography at JoVE.com

Denne forskning blev udført på Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), som drives af Battelle Memorial Institute for afdelingen Energy (DOE) under Kontraktnr. DE-AC05-76RL01830. Forfatterne anerkender taknemmeligt støtte fra det amerikanske Department of State gennem den nøglen verifikation aktiver fond (V) under tværinstitutionelle aftale SIAA15AVCVPO10.

1. materiale forberedelse <ol><li>placere flere 2 in. silicium wafers i kvarts transportør for rengøring og indlæse silicium wafers i plasma ætsning system. Pumpe den vakuumkammer ned, indtil den når mindst 75 mTorr. Dette kan tage et par minutter.</li>
	<li>Begynder strømmen af O 2 (30 sccm) gas og tillade presset for at stabilisere. Indstille etch til 15 min. Når kammeret pres har stabiliseret indlede radiofrekvens (RF) 13.56 MHz 250 W plasma. 
	Bemærk: Dette trin renser silicium wafers af al...

<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>

Denne protokol viser en billig og effektiv teknik for at fabrikere periodiske arrays af plasmonic guld nanocups. Denne teknik er særlig fordelagtig, fordi man derved undgår serie top-down processer som elektron beam litografi eller fokuseret ion stråle fræsning. Den præsenterede teknik viser, at kommercielt tilgængelige polymere nanospheres selv kan samles på en enkel måde at tjene som en nano-størrelse skabelon til videreforarbejdning.
Ændringer og fejlfinding:
...

Fremkomsten af plasmonics sammenholdt med forbedret nanofabrication og syntese teknikker har medført en lang række spændende teknologier såsom sub diffraktion begrænset circuity, forbedret registrering af kemiske og optiske sensing1 ,2,3. I denne protokol vise vi en skalerbar og relativt billig teknik i stand til at opdigte nanopatterned plasmonic substrater ved hjælp af kommercielt tilgængelige polymere nanospheres og en Radering skridt efterfulgt af metal deposition. I modsætning til andre teknikker for at fabrikere nanopatterned substrater, såsom elektron beam litografi4, denne teknik kan hurtigt og effektivt skaleres til 300 mm vafler og ud med minimal indsats og bruger en overførsel trin til at producere fleksible og Conformal film5.
Siden den romerske æra, har vi vidst, at visse metaller som guld og sølv kan have strålende optiske egenskaber, når de er findelte. I dag, vi forstår, at disse metal partikler udviser en effekt kaldet "lokaliseret overflade plasmon resonans" (LSPR) når deres dimensioner nærmer nanoskala. LSPR er analog med en stående bølge, hvor svagt bundne elektroner fundet i metal svinger sammenhængende når lyser af bestemte frekvenser af metal partikler. Anisotropisk nanostrukturer er af særlig interesse, fordi enestående optiske resonanser kan opstå som følge af symmetri breaking6,7,8.
Belysningen af halv-shell (nanocup) strukturer med lys kan ophidse elektriske dipol eller magnetisk dipol plasmon tilstande, afhængigt af faktorer som deposition vinkel af metal, orientering af substrat for det indfaldende lys, og den polarisering af den indfaldende lys9. Nanocups har ofte været betragtet som svarer til tre-dimensionelle split-ring resonatorer, hvori resonansfrekvens kan tilnærmes som en LC-oscillator10,11. Resonansfrekvens for størrelsen af polymere nanospheres bruges her (170 nm), mængden af deponerede guld (20 nm), og etch priser giver resonans frekvenser der spænder over de synlige og nær-IR.
Af den guld nanocups optiske egenskaber kan måles enten i transmission eller refleksion, afhængig af underlaget bruges til spin-coating. I præsenteret protokollen valgte vi at bruge 2 in. silicium wafers som substratet og udfører Reflektionsgraden målinger efter metal deposition. Målingerne blev udført ved hjælp af et mikroskop, koblet til en udbredt spektrometer med en halogen lyskilde. Vi har også haft succes med at bruge glas substrater, giver mulighed for både transmission og refleksion målinger umiddelbart efter metal deposition. Desuden, denne teknik kan let skaleres og er ikke begrænset til 2 in. halvlederwafers. Bredt kommercielt tilgængeligheden af høj kvalitet monodisperse polymere nanospheres er det ligetil at tune de optiske egenskaber af disse strukturer ved blot at starte med forskellige størrelser nanospheres.
I denne protokol, en teknik til at fabrikere anisotrope halv-shell (eller nanocup) guld nanostrukturer ved hjælp af en metode kaldet kolloid litografi er påvist. Kolloid litografi bruger samlesæt af stærkt monodisperse polymere nanosphere til hurtigt mønster et substrat, der kan forarbejdes yderligere til en plasmonic substrat efter sputter belægning et tyndt lag guld. Det er ligeledes muligt at tune anisotropy af underlaget ved at vippe prøve bærematerialet under metal deposition. De resulterende strukturer er polarisering-følsomme på grund af anisotropy af den dannede nanostrukturer. Her, vi viser en bestemt sag og udføre optisk karakterisering og lift-off at overføre strukturerne til en gennemsigtig og fleksibel film.

<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

Inden for de seneste år eksploderet feltet plasmonics som forskere har påvist spændende programmer relateret til kemiske og optiske sensing i kombination med nye nanofabrication teknikker. En plasmon er en quantum af massefylde svingning, der låner nanoskala metaller som guld og sølv enestående optiske egenskaber. Især udstiller guld og sølv nanopartikler lokaliseret overflade plasmon resonanser-kollektive massefylde svingninger på overfladen af nanopartikler-i det synlige spektrum. Her fokuserer vi på fabrikation af periodiske arrays af anisotrope plasmonic nanostrukturer. Disse halv-shell (eller nanocup) strukturer kan udstille yderligere unikke lys-bøjning og polarisering-afhængige optiske egenskaber at simpel isotropic nanostrukturer ikke. Forskerne er interesseret i fabrikation af periodiske arrays af nanocups for en bred vifte af applikationer såsom lavprisselskaber optiske enheder, overflade-forstærket Raman spredning, og manipulere indikation. Vi præsenterer en skalerbar teknik baseret på kolloid litografi, hvor det er muligt at nemt fabrikere store periodiske arrays af nanocups ved hjælp af spin-coating og selv samlet kommercielt tilgængelige polymere nanospheres. Elektronmikroskopi og optisk spektroskopi fra den synlige for nær-infrarød (nær-IR) blev udført for at bekræfte vellykket nanocup fabrikation. Vi vil slutte med en demonstration af overførsel af nanocups til en fleksibel, conformal selvklæbende film.

Guld nanocups blev tilberedt med 170 nm diameter polystyren nanospheres. Efter glødning for 2 min på 107 ° C og ætsning med en 75 W, 20 sccm O2 plasma for 165 s, den deraf følgende film var karakteriseret ved hjælp af SEM (figur 1). For at vurdere kvaliteten af spin-støbt filmen, Optisk mikroskopi-i tillæg til visuel inspektion-kan være brugt (figur 2). Høj kvalitet film bør være stort set fri for defekter....

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography at JoVE.com

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Vi demonstrere fabrikation af periodiske guld nanocup arrays ved brug af kolloid Litografisk teknikker og diskutere betydningen af nanoplasmonic film.

Fabrikation af periodiske guld Nanocup Arrays ved brug af kolloid litografi

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Micropunching Litografi for Generering Mikro-og submikrometer-mønstre på polymersubstrater

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

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Fabrikation af Rumligt Indesluttet komplekse oxider

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

Indirekte Fabrikation af Lattice Metals med tyndslib Brug 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) ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

Kolloid Syntese af Nanopatch Antenner for Applications i Plasmonics og Nanofotonik

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

Anvendelse af offer Nanopartikler at fjerne virkningerne af Shot-støj i Kontakt Huller Bearbejdede af E-beam litografi

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

Fabrikation af 1-D Photonic Crystal Cavity på en Nanofiber Brug Femtosekund Laser-induceret Ablation

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

Fabrikation af ultra-tynde farve film med meget absorberende medier bruger skråt Deposition

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

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

En modulær mikrofluid teknologi for systematiske undersøgelser af kolloid halvleder-nanokrystaller

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

En effektiv metode til selektiv afsaltning af radioaktivt jod anioner ved hjælp af guld nanopartikler-Embedded membranfilter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

Encifrede Nanometer Electron-Beam litografi med en Aberration-korrigeret Scanning transmissions elektron mikroskop

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...