Fabrication nanogaps par Nanoskiving

Ce document décrit la fabrication de adressables électriquement, haut rapport d'aspect nanofils d'or séparées par des intervalles de nanomètres simples en utilisant aluminium déposé sous vide et de l'argent en tant que couches d'espacement sacrificielles pour intervalles> 5 nm et les monocouches auto-assemblées (SAM) de alkanedithiols pour écarts aussi faibles que 1,7 nm. Nous avons fabriqué ces nanostructures sans une chambre propre ou tous les processus de photolithographie par sectionnement des structures sandwich de l'or, séparés par une entretoise sacrificielle en utilisant un ultramicrotome, une forme de lithographie de bord dite nanoskiving. ^1-3 Cette méthode est une combinaison de dépôt de métal mince des films et de sectionnement à l'aide d'un ultramicrotome. L'étape principale dans nanoskiving est tranchage des lames minces avec un ultramicrotome équipé d'un couteau de diamant qui est attaché à un bateau rempli d'eau afin de produire des dalles qui sont aussi minces que ~ 30 nm. Ultramicrotomes sont largement utilisés pour la préparation des échantillons minces pour l'imagerie avec optique ou élisentmicroscopie ron et beaucoup de la plupart des praticiens d'expérience de ultramicrotomie issus d'un milieu biologique ou médicale. Il existe plusieurs méthodes de nanogaps fabrication de y compris les jonctions mécaniques de pause, ⁴ lithographie par faisceau d'électrons ^5, électrochimique ^{placage, 6, 7} électromigration, ⁸ ciblée lithographie par faisceau d'ions, ⁹ évaporation de l'ombre, ¹⁰ sondes à balayage et la microscopie à force atomique, ¹¹ lithographie sur-fil , ¹² dirigeants et moléculaire. ¹³ Toutes ces méthodes ont leurs propres caractéristiques et applications mais la production et le traitement nanogaps tant en chiffres utiles et avec un contrôle précis sur les dimensions de l'espace demeure un défi. En outre, ces méthodes ont des coûts d'exploitation élevés, ils sont limités à la classe de matériaux qui peuvent survivre aux procédés de gravure, et sont limités dans la résolution. Nanoskiving permet la fabrication rapide de nanofils électriquement adressables avec SPACINgs de nanomètres simples sur la paillasse. Nous sommes intéressés par le prototypage rapide de nanostructures pour l'électronique moléculaire, par lequel les électrodes nano-fabriquées ne nécessitent pas de techniques spécialisées ou de temps; ¹⁴ fois un bloc est faite, elle peut produire des centaines de milliers de nanostructures, (en série) sur la demande. Cependant, la technique n'est pas limitée à SAM ou l'électronique moléculaire et est une méthode générale pour préparer un écart entre deux nanostructures. Dans cet article, nous utilisons l'argent, l'aluminium et SAM en tant que couches sacrificielles pour produire les lacunes de différentes tailles entre les nanofils d'or, mais la technique n'est pas limitée à ces matières (ou de nanofils métalliques). Les fils sont pick-and-place et sont compatibles avec l'alignement magnétique, donc ils peuvent être placés sur des supports arbitraires. ¹⁵ Une autre force de nanoskiving est qu'il permet un contrôle sur les trois dimensions. Les dimensions des échantillons sont déterminés par la topographie du substrat, (X), l'épaisseur de la couche déposée (Y) et l'épaisseur de la brame produite par l'ultramicrotome (Z). figure 1 résume la procédure utilisée pour produire les nanofils avec la distance définie. Caractéristiques Or (1-2 mm de long) sont déposées par évaporation à travers un masque en téflon sur un substrat de silicium. Epofix (Microscopie Electronique Sciences) époxy pré-polymère est coulé sur toute la plaquette, qui couvre les caractéristiques de l'or, où la résine époxy est durcie, la résine époxy est séparée de la plaquette (c'est par l'intermédiaire de matrice de décapage), les caractéristiques de l'or restent collées à la résine époxy . Pour les couches sacrificielles métalliques, en aluminium ou en argent est évaporé avec l'épaisseur désirée à travers le masque en téflon avec un décalage de 200 – 500 um sur les caractéristiques de l'or. Pour produire des sous-5 lacunes nm, un SAM est formée en immergeant les caractéristiques d'or dans une solution éthanolique 1 mM du dithiol approprié pendant la nuit. Une deuxième série de l'or (ou autre métal) est déposé en plaçant le masque d'ombre sur le téflonpremière couche d'or (caractéristiques couverte en argent, l'aluminium ou un SAM) avec un décalage de 200 à 500 um par rapport à la première évaporation. Ce décalage finira par définir la dimension la plus longue de l'écart, et il peut être mesuré avec précision à l'aide d'un micro-gouverneur avant de l'intégrer toute la structure en epoxy pour le sectionnement. Ensuite, toute la structure est intégrée dans un bloc de résine époxy qui pourrait alors être prêt pour la coupe avec le ultramicrotome. Le bras de l'échantillon détient le bloc préparé que le couteau progrès diamant à son égard par étapes contrôlées qui permettront de définir l'épaisseur des dalles. L'article résultant flotte sur l'eau dans le bateau.