Fabriceren Nanogaps door Nanoskiving

Dit document beschrijft de fabricage van elektrisch adresseerbare, high-aspect-verhouding nanodraden van goud gescheiden door spleten van enkele nanometers die van vacuüm-opgedampt aluminium en zilver als een offer spacer lagen voor hiaten> 5 nm en zelf-geassembleerde monolagen (SAM) van alkanedithiols voor openingen zo klein als 1,7 nm. We gefabriceerd Deze nanostructuren zonder clean room of fotolithografische processen snijden sandwichconstructies goud gescheiden door een opofferende spacer met een ultramicrotoom, een vorm van de rand lithografie bekend als nanoskiving. ^1-3 Deze methode is een combinatie van de depositie van dunne metalen films en snijden met behulp van een ultramicrotoom. De belangrijkste stap in nanoskiving snijdt dunne secties met een ultramicrotoom met diamant mes dat is bevestigd aan een boot vol water platen die zo dun ~ 30 nm te produceren. Ultramicrotomes worden veel gebruikt voor de bereiding van dunne monsters voor beeldvorming met optische of kiezenron microscopie en veel van de meest ervaren beoefenaars van ultramicrotomie uit een biologische of medische achtergrond. Er zijn verschillende methoden voor het vervaardigen nanogaps inclusief mechanische breekjuncties, ^4-electron beam lithografie ^5, elektrochemische plating, ^{6, 7} elektromigratie, ⁸ focused ion beam lithografie, ⁹ schaduw verdamping, ¹⁰ scanning probe en atomic force microscopie, ¹¹ on-wire lithografie , ¹² en moleculaire heersers. ¹³ Al deze methoden hebben hun eigen kenmerken en toepassingen, maar het produceren en het aanpakken nanogaps zowel in bruikbare aantallen en met nauwkeurige controle over de afmetingen van de kloof blijft een uitdaging. Naast deze werkwijzen hebben hoge exploitatiekosten, ze zijn beperkt tot de klasse van materialen die de etsprocessen kunnen overleven en zijn beperkt in resolutie. Nanoskiving maakt de snelle fabricage van elektrisch adresseerbare nanodraden met Spacings van enkele nanometers op de bench-top. Wij zijn geïnteresseerd in de snelle prototyping van nanostructuren voor Moleculaire elektronica, waarvoor de nano-gefabriceerde elektroden niet gespecialiseerd of tijdrovende technieken vereisen; ¹⁴ keer per blok is gemaakt, kan het honderdduizenden nanostructuren, (serieel) op produceren vraag. De techniek is niet beperkt tot SAMs of Molecular Electronics en is een algemene werkwijze voor het bereiden van een spleet tussen twee nanostructuren. In dit document gebruiken we zilver, aluminium en SAMs als offer lagen gaten van verschillende afmetingen tussen goud nanodraden produceren, maar de techniek is niet beperkt tot deze materialen (of metallische nanodraden). De draden zijn pick-and-place en zijn compatibel met magnetische uitlijning, waardoor ze op willekeurige substraten kunnen worden geplaatst. ¹⁵ Een ander sterk punt van nanoskiving is dat het biedt controle over alle drie de dimensies. De afmetingen van de monsters wordt bepaald door de topografie van het substraat (X), dedikte van de afgezette film (Y) en de dikte van de plaat door de microtoom (Z). Figuur 1 vat de procedure voor de nanodraden de gedefinieerde afstand produceren. Goud opties (1-2 mm in lengte) worden afgezet door verdamping via een Teflon masker op een silicium substraat. Epofix (Electron Microscopy Sciences) epoxy pre-polymeer wordt uitgegoten over de gehele wafer, die het goud kenmerken, wanneer de epoxy is uitgehard, wordt de epoxy gescheiden van de wafer (dwz via sjabloon stripping), het goud kenmerken blijven gehandeld op grond van de epoxy . Voor metalen offer lagen, wordt aluminium of zilver verdampt met de gewenste dikte door de Teflon masker met een offset van 200 – 500 micrometer over de goud functies. Aan sub-5 nm gaten produceren, is een SAM gevormd door onderdompeling het goud functies in een 1 mM oplossing in ethanol van de juiste dithiol nachts. Een tweede set van goud (of een ander metaal) wordt afgezet door het plaatsen van de Teflon schaduwmasker viaeerste laag van goud kenmerken (bedekt met zilver, aluminium of SAM) met een offset van 200 – 500 urn ten opzichte van de eerste verdamping. Deze offset zal uiteindelijk de langste afmeting van de spleet definiëren en precies kan worden gemeten met een micro-leider voor het verankeren van de gehele structuur in epoxy voor het snijden. Vervolgens wordt de gehele structuur is ingebed in een blok van epoxy die dan klaar kunnen zijn voor het snijden met de microtoom. Het monster arm houdt de bereide regel als diamantmesje stappen voorwaarts in gecontroleerde stappen die de dikte van de platen zal bepalen. Het resulterende deel drijft op het water in de boot.