Nanomoulding van Functional Materials, een veelzijdige aanvulling patroon replicatie methode om nanoimprinting
Summary
We beschrijven een nanomoulding techniek die goedkope nanoschaal patronen van functionele materialen, materialen stapels en volledige apparaten mogelijk maakt. Nanomoulding kan worden uitgevoerd op elke nanoimprinting installatie en kan worden toegepast op een groot aantal materialen en depositieprocessen.
Abstract
We beschrijven een nanomoulding techniek die goedkope nanoschaal patronen van functionele materialen, materialen stapels en volledige apparaten mogelijk maakt. Nanomoulding gecombineerd met laag-overdracht maakt de replicatie van willekeurig oppervlak patronen van een master-structuur op het functionele materiaal. Nanomoulding kan worden uitgevoerd op elke nanoimprinting installatie en kan worden toegepast op een groot aantal materialen en depositieprocessen. In het bijzonder tonen we aan de fabricage van patronen transparante zinkoxide elektroden voor licht vangen toepassingen in zonnecellen.
Introduction
Nanopatronen is immens belang op vele terreinen van nanotechnologie en toegepaste wetenschappen. Patroon generatie is de eerste stap en kan worden bereikt door top-down benaderingen, zoals elektron-beam lithografie of bottom-up aanpak gebaseerd op zelf-assemblage methoden zoals NanoSphere lithografie of blokcopolymeer lithografie 1. Net zo belangrijk als patroon generatie is patroon replicatie. Daarnaast fotolithografie is nanoimprinting (figuur 1) ontstaan als een veelbelovend alternatief in het bijzonder geschikt voor high-throughput grote oppervlakte nanoschaal patronen tegen lage kosten 2-4. Terwijl fotolithografie vereist een patroon masker, nanoimprinting is gebaseerd op een geprefabriceerde master-structuur. Patroon overbrengen van de master wordt gewoonlijk uitgevoerd in een thermoplastische of een UV-of thermisch hardbare polymeer. Er zijn echter vele gevallen waarin het wenselijk is het patroon direct over op een functioneel materiaal.
<p class = "jove_content"> Hier beschrijven we een replicatie methode gebaseerd op nanomoulding en laag overdracht (figuur 2) die we onlangs geïntroduceerd Ref. 5 tot nanoschaal patronen overbrengen op functionele zinkoxide elektroden. Onze nanomoulding methode kan gemakkelijk worden uitgevoerd als een nanoimprinting setup is. Nanomoulding biedt de mogelijkheid om te generaliseren vele andere functionele materialen, materialen stapels en zelfs complete inrichtingen, mits het vormmateriaal wordt zodanig gekozen dat deze verenigbaar is met het materiaal depositie proces (sen). Als voorbeeld geven we hier nanomoulding van transparante geleidende zinkoxide (ZnO) elektroden aangebracht door chemical vapour deposition (CVD), die hun toepassing op licht vangen in zonnecellen 5 verrijken.Protocol
Representative Results
Discussion
Nanomoulding maakt de overdracht van nanopatronen op willekeurige functionele materialen. Vergelijking van de afzonderlijke verwerkingsstappen in figuur 1 en 2 de nauwe relatie tussen nanomoulding en nanoimprinting. Het grote verschil tussen nanomoulding en nanoimprinting is het aanvullende materiaal depositiestap in figuur 2e. De resterende processtroom identiek. Nanomoulding kan derhalve worden uitgevoerd op elke beschikbare nanoimprinting setup.
<p class="jove_co…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs danken M. Leboeuf voor hulp bij de AFM, W. Lee voor de geëloxeerde aluminium structuur meester en de Zwitserse Federal Energy Office en de Zwitserse National Science Foundation voor financiering. Een deel van dit werk werd uitgevoerd in het kader van het FP7-project "Fast Track" gefinancierd door de EG in het kader subsidieovereenkomst geen 283.501.
Materials
| Name of the Reagent | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
| Nanoimprinting resin | Microresist | Ormostamp | |
| (1H, 1H, 2H, 2H-Perfluoroctyl)-trichlorsilane, anti-adhesion agent | Sigma Aldrich | 448931-10G | |
| Glass slides | Schott | AF32 eco | 0.5 mm |
| Polyethylene naphtalate (PEN) sheets | Goodfellow | ES361090 | 0.125 mm |
| (C2H5)2Zn | Akzo Nobel | ||
| Ag sputter target 4N | Heraeus | 81062165 | |
| B2H6, SiH4, H2, B(CH3)3, PH3, CH4, CO2 | Messer | ||
| EQUIPMENT | |||
| Nanoimprinting system | Home-built | ||
| LP-CVD system | Home-built | ||
| PVD system | Leybold | Univex 450 B | |
| PE-CVD reactor | Indeotec | Octopus I | |
| SEM | JEOL | JSM-7500 TFE | |
| AFM | Digital Instruments | Nanoscope 3100 |
References
- Geissler, M., Xia, Y. Patterning: Principles and Some New Developments. Advanced Materials. 16 (15), 1249-1269 (2004).
- Guo, L. J. Nanoimprint Lithography: Methods and Material Requirements. Advanced Materials. 19, 495-513 (2007).
- Ahn, S. H., Guo, L. J. Large-Area Roll-to-Roll and Roll-to-Plate Nanoimprint Lithography: A Step toward High-Throughput. Application of Continuous Nanoimprinting. ACS Nano. 3 (8), 2304-2310 (2009).
- Battaglia, C., Escarré, J., et al. Nanoimprint Lithography for High-Efficiency Thin-Film Silicon Solar Cells. Nano Letters. 11, 661-665 (2011).
- Battaglia, C., Escarré, J., et al. Nanomoulding of Transparent Zinc Oxide Electrodes for Efficient Light Trapping in Solar Cells. Nature Photonics. 5, 535-538 (2012).
- Escarré, J., Söderström, K., et al. High Fidelity Transfer of Nanometric Random Textures by UV Embossing for Thin Film Solar Cells Applications. Solar Energy Materials & Solar Cells. 95, 881-886 (2011).
- Faÿ, S., Feitknecht, L., Schlüchter, R., Kroll, U., Vallat-Sauvain, E., Shah, A. Rough ZnO layers by LP-CVD process and their effect in improving performances of amorphous and microcrystalline silicon solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 90, 2960-2967 (2006).
- Zhao, X. -. M., Xia, Y., Whitesides, G. M. Fabrication of Three-Dimensional Micro-Structures: Microtransfer Molding. Advanced Materials. 8, 837-840 (1996).
- Hampton, M. J., Williams, S. S., et al. The Patterning of Sub-500 nm Inorganic Oxide Structures. Advanced Materials. 20, 2667-2673 (2008).
- Bass, J. D., Schaper, C. D., et al. Transfer Molding of Nanoscale Oxides Using Water-Soluble Templates. ACS Nano. 5 (5), 4065-4072 (2011).
- Escarré, J., Nicolay, S., et al. Nanomoulded front ZnO contacts for thin film silicon solar cell applications. , (2012).
- Sontheimer, T., Rudigier-Voigt, E., Bockmeyer, M., Klimm, C., Schubert-Bischoff, P., Becker, C., Rech, B. Large-area fabrication of equidistant free-standing Si crystals on nanoimprinted glass. Phys. Status Solidi. RRL. 5, 376-379 (2011).
