Realizzazione nanogap da Nanoskiving

Questo articolo descrive la realizzazione di elettricamente indirizzabili,-aspect-alto rapporto nanofili d'oro separate da spazi vuoti delle singole nanometri utilizzando sottovuoto depositato alluminio e argento come sacrificali strati spaziatori per le lacune> 5 nm e monostrati auto-assemblati (SAM) di alkanedithiols per lacune piccole come 1,7 nm. Abbiamo inventato queste nanostrutture senza una camera pulita o eventuali processi fotolitografici sezionando strutture sandwich di oro separati da un distanziatore sacrificale utilizzando un ultramicrotomo, una forma di spigolo litografia noto come nanoskiving. ^1-3 Questo metodo è una combinazione della deposizione di metallo sottile film e sezionamento con un ultramicrotomo. Il passo principale in nanoskiving sta affettando sezioni sottili con un ultramicrotomo dotato di lama di diamante che è attaccato ad una barca piena di acqua per la produzione di lastre, che sono sottili come ~ 30 nm. Ultramicrotomi sono ampiamente utilizzati per la preparazione di campioni sottili per l'imaging con ottica o eleggereron microscopia e molti dei professionisti più esperienza di ultramicrotomia provengono da un background biologico o medico. Ci sono diversi metodi di nanogap fabbricare compreso giunzioni meccaniche di rottura, ⁴ elettroni-litografia a fascio ^5, elettrochimica ^{placcatura, 6, 7, 8} elettromigrazione fascio ionico focalizzato litografia, ⁹ ombra evaporazione, ¹⁰ sonda di scansione e microscopia a forza atomica, ¹¹ sul filo litografia , governanti ¹² e molecolare. ¹³ Tutti questi metodi hanno le proprie caratteristiche e le applicazioni, ma la produzione e affrontare nanogap sia a numeri utili e con un controllo preciso delle dimensioni del gap rimane una sfida. Inoltre questi metodi hanno costi di gestione elevati, sono limitati alla classe di materiali che possono sopravvivere i processi di incisione, e sono limitati in risoluzione. Nanoskiving consente la rapida realizzazione di nanofili elettricamente indirizzabili con Spacing di singoli nanometri sul banco. Ci interessa la prototipazione rapida di nanostrutture per l'elettronica molecolare, per il quale gli elettrodi nano-fabbricati non richiedono tecniche specializzate o in termini di tempo; ¹⁴ una volta un blocco è fatto, può produrre centinaia di migliaia di nanostrutture, (serialmente) su richiesta. Tuttavia, la tecnica non è limitato a SAM o Elettronica molecolare ed è un metodo generale per la preparazione di un divario tra due nanostrutture. In questo lavoro utilizziamo argento, alluminio, e SAM come strati sacrificali per produrre spazi vuoti di varie dimensioni tra i nanofili d'oro, ma la tecnica non è limitata a questi materiali (o di nanofili metallici). I fili sono pick-and-place e sono compatibili con l'allineamento magnetico, quindi possono essere collocati su supporti arbitrari. Altro punto di forza di ¹⁵ nanoskiving è che permette il controllo di tutte e tre le dimensioni. Le dimensioni dei campioni sono determinati dalla topografia del substrato (X), laspessore del film depositato (Y) e lo spessore della lastra prodotta dal ultramicrotomo (Z). Figura 1 riassume il procedimento usato per produrre i nanofili con la spaziatura definita. Funzionalità Gold (1-2 mm in lunghezza) sono depositati per evaporazione attraverso una maschera Teflon su un substrato di silicio. EPOFIX (Electron Microscopy Sciences) epossidica pre-polimero viene versato su tutto il wafer, che copre le caratteristiche d'oro, quando la resina epossidica è guarito, la resina epossidica è separata dal wafer (cioè tramite template stripping); le caratteristiche dell'oro rimangono rispettate la resina epossidica . Per strati sacrificali metallici, alluminio o argento viene evaporata con lo spessore desiderato attraverso la maschera Teflon con un offset di 200 – 500 micron sopra le caratteristiche oro. Per produrre sub-5 lacune nm, un SAM è formato immergendo le caratteristiche oro in una soluzione etanolica 1 mM del dithiol appropriata durante la notte. Un secondo insieme di oro (o altro metallo) viene depositato ponendo il shadowmask Teflon sulprimo strato di caratteristiche oro (rivestito in argento, alluminio o un SAM) con un offset di 200 – 500 micron rispetto alla prima evaporazione. Questo offset finirà per definire la dimensione più lunga del gap, e può essere misurata con precisione utilizzando un micro-righello prima di incorporare l'intera struttura in resina epossidica per il sezionamento. Poi l'intera struttura è incorporato in un blocco di resina epossidica che poi potrebbe essere pronto per il sezionamento con la ultramicrotomo. Il braccio campione contiene l'intero blocco preparato come la lama di diamante avanza verso di esso in passaggi controllati che definiranno lo spessore delle lastre. La sezione risultante galleggia sull'acqua in barca.