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

Dit onderzoek werd uitgevoerd op de Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), die wordt beheerd door Battelle Memorial Instituut voor het Department of Energy (DOE) onder Contract nr. DE-AC05-76RL01830. De auteurs erkennen dankbaar steun van de U.S. Department of State via de sleutel verificatie activa Fonds (V) onder Interagency overeenkomst SIAA15AVCVPO10.

1. materiaal voorbereiding <ol><li>verschillende 2 inch silicium wafers plaats in een kwarts-drager voor het reinigen en het silicium-wafels in het plasma etsen systeem laden. Pomp de Vacuuemcel omlaag totdat ten minste 75 mTorr wordt bereikt. Dit kan enkele minuten duren.</li>
	<li>Begint de stroom van O 2 (30 sccm) gas en laat de druk om te stabiliseren. Hiermee stelt u de tijd van de etsen op 15 min. Zodra de kamer druk gestabiliseerd starten de radiofrequentie (RF) 13,56 MHz 250 W plasma. 
	Opmerki...

<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>

Dit protocol toont een goedkope en efficiënte techniek voor het fabriceren van periodieke arrays van Enterprise gold nanocups. Deze techniek is bijzonder voordelige omdat het vermijdt seriële topdown processen zoals electron beam lithografie of gerichte ion beam frezen. De gepresenteerde techniek toont dat verkrijgbare polymere nanospheres zelf kan worden gemonteerd op een eenvoudige manier om te dienen als een nano-sized sjabloon voor verdere verwerking.
Wijzigingen en probleemoplos...

De opkomst van plasmonics in combinatie met verbeterde Nanofabricage en synthese technieken hebben geleid tot een breed scala aan spannende technologieën zoals sub diffractie beperkt circuity, verbeterde chemische detectie en optische sensor1 ,2,3. In dit protocol tonen we een schaalbare en relatief goedkope techniek staat voor het fabriceren van nanopatterned Enterprise substraten met behulp van commercieel verkrijgbare polymere nanospheres en een etsen-stap gevolgd door metalen afzetting. In tegenstelling tot andere technieken voor het fabriceren van nanopatterned substraten, zoals electron beam lithography4, deze techniek kan snel en efficiënt worden geschaald naar 300 mm wafels en buiten met minimale inspanning en gebruik een overdracht stap voor de productie van flexibele en hoekgetrouwe films5.
Sinds het Romeinse tijdperk weten we dat bepaalde metalen zoals goud en zilver briljante optische eigenschappen hebben kunnen, wanneer zij zijn fijn verdeeld. Vandaag, we begrijpen dat deze metaaldeeltjes een effect genaamd de vertonen "gelokaliseerd oppervlakte plasmon resonantie" (LSPR) wanneer hun afmetingen de nanoschaal benadert. LSPR is analoog aan een staande golf waarin zwak gebonden elektronen gevonden in het metaal coherente oscilleren wanneer licht van bepaalde frequenties de metaaldeeltjes verlicht. Anisotropische nanostructuren zijn van bijzonder belang omdat unieke optische resonanties kunnen ontstaan als gevolg van symmetriebreking6,7,8.
De verlichting van de structuren van de half-shell (nanocup) met licht kan prikkelen elektrische dipool of magnetische dipool plasmon modi, afhankelijk van factoren zoals de hoek van de afzetting van het metaal, de oriëntatie van het substraat met betrekking tot het invallende licht, en de polarisatie van de invallende licht9. Nanocups hebben vaak zijn beschouwd als analoog aan driedimensionale split-ring resonatoren, waarin de resonantiefrequentie kan worden benaderd als een LC-oscillator10,11. De resonantiefrequentie voor de grootte van polymere nanospheres hier gebruikt (170 nm), de hoeveelheid gestort goud (20 nm), en de etsen-tarieven rendement resonantie frequenties verspreid over het zichtbare en nabij-IR.
De optische eigenschappen van de gouden nanocups kunnen worden gemeten hetzij in transmissie of reflectie, afhankelijk van het substraat gebruikt voor spin-coating. In het voorgestelde protocol, die wij hebben gekozen voor 2 inch silicium wafers gebruiken als het substraat en het uitvoeren van metingen van de reflectiecoëfficiënt na metalen afzetting. De metingen werden uitgevoerd met behulp van een Microscoop gekoppeld aan een dispersief spectrometer met halogeen lichtbron. Wij hebben ook succes met het gebruik van glazen substraten, waardoor zowel de transmissie en de reflectie metingen onmiddellijk na de metalen afzetting. Bovendien is deze techniek kan gemakkelijk worden aangepast en is niet beperkt tot 2 inch wafeltjes. Vanwege de brede commerciële beschikbaarheid van kwalitatief hoogwaardige monodispers polymere nanospheres is het eenvoudig afstemmen van de optische eigenschappen van deze structuren door gewoon beginnen met verschillend formaat nanospheres.
In dit protocol, een techniek om het fabriceren van anisotrope half-shell (of nanocup) goud nanostructuren met behulp van een methode genaamd colloïdale litho is aangetoond. Colloïdale lithografie gebruikt zelf-assemblage van zeer monodispers polymere nanosphere snel patroon een substraat dat kan verder worden verwerkt tot een Enterprise substraat na sputter coating van een dun laagje goud. Ook is het mogelijk om te stemmen de anisotropie van het substraat door het kantelen van het monster substraat tijdens metalen afzetting. De resulterende structuren zijn polarisatie-gevoelige vanwege de anisotropie van de gevormde nanostructuur. Hier tonen we een specifieke zaak en uitvoeren van optische karakterisering en astronauten de structuren overbrengen naar een transparante, flexibele 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

In de afgelopen jaren, is het gebied van plasmonics zoals onderzoekers hebben aangetoond interessante toepassingen aan chemische en optische sensing in combinatie met nieuwe nanofabrication technieken gerelateerde geëxplodeerd. Een plasmon is een quantum van ladingsdichtheid trilling die nanoschaal metalen zoals goud en zilver unieke optische eigenschappen leent. In het bijzonder vertonen goud en zilver-nanodeeltjes gelokaliseerde oppervlakte plasmon resonanties-collectief ladingsdichtheid oscillaties op het oppervlak van de nanoparticle-in het zichtbare spectrum. Hier, richten we ons op de fabricage van periodieke arrays van anisotrope Enterprise nanostructuren. Deze half-shell (of nanocup) structuren kunnen vertonen extra unieke licht-buigen en polarisatie-afhankelijke optische eigenschappen die eenvoudige isotrope nanostructuren kan niet. Onderzoekers zijn ook geïnteresseerd in de fabricage van periodieke arrays van nanocups voor een breed scala aan toepassingen, zoals goedkope optische apparaten, oppervlakte-enhanced Raman verstrooiing en knoeien indicatie. We presenteren een schaalbare techniek gebaseerd op colloïdale lithografie waarin het is mogelijk om gemakkelijk het fabriceren van grote periodieke arrays van nanocups met behulp van draai-coating en zelf gemonteerd verkrijgbare polymere nanospheres. Elektronen microscopie en optische spectroscopie van de zichtbaar voor nabij-infrarood (in de buurt van-IR) werd uitgevoerd om te bevestigen van succesvolle nanocup fabricage. We sluiten met een demonstratie van de overdracht van nanocups naar een flexibele, hoekgetrouwe kleeffilm.

Gouden nanocups werden opgesteld op basis van 170 nm diameter polystyreen nanospheres. Na gloeien voor 2 min op 107 ° C en etsen met een 75 W, 20 sccm O2 plasma voor 165 s, de resulterende film werd gekenmerkt met behulp van SEM (Figuur 1). Om te beoordelen van de kwaliteit van de rotatie-gegoten film, optische microscopie-in aanvulling op visuele inspectie-mei worden gebruikt (Figuur 2). Kwalitatief hoogwaardige film...

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

We tonen de fabricage van periodieke gouden nanocup arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografische technieken en bespreken het belang van nanoplasmonic films.

Fabricage van periodieke gouden Nanocup Arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografie

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 Lithografie voor het genereren van Micro-en Submicron-patronen op polymeersubstraten

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

Fabricage van plaatsgebonden complexe oxiden

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

Indirecte Fabrication van Lattice Metals met slijpplaatjes behulp 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

Colloïdaal Synthese van Nanopatch Antennes for Applications in Plasmonics en Nanofotonica

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

Het gebruik van Offer Nanodeeltjes te verwijderen van de effecten van Shot-noise in contact Gaten vervaardigd door E-lithografie

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

Fabricage van 1-D Photonic Crystal Cavity op een Nanovezel behulp Femtoseconde Laser-geïnduceerde 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

Fabricage van Films van de ultra-dunne kleur met zeer absorberen van Media met behulp van schuine hoek depositie

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

Een modulaire Microfluidic technologie voor systematische Studies van colloïdale Semiconductor nanokristallen

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

Een efficiënte methode voor selectief ontzilting van radioactief jodium anionen met behulp van de gouden nanodeeltjes-Embedded membraanfilter

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

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography met aberratie-gecorrigeerde scannen transmissie elektronenmicroscoop

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