Fabricación Nanogaps por Nanoskiving

En este trabajo se describe la fabricación de electricidad direccionables y de alta relación de aspecto nanocables de oro, separadas por espacios de nanómetros individuales que utilicen el vacío depositado aluminio y la plata como un sacrificio capas separadoras de espacios> 5 nm y monocapas auto-ensambladas (SAMs) de alkanedithiols los huecos tan pequeños como 1.7 nm. Hemos fabricado estas nanoestructuras sin una habitación limpia o cualquier proceso de fotolitografía por seccionamiento de estructuras de emparedado de oro separadas por un espaciador de sacrificio utilizando un ultramicrotomo, una forma de litografía borde conocido como nanoskiving. ^1-3 Este método es una combinación de la deposición de metal fino películas y seccionado usando un ultramicrotomo. El paso principal en nanoskiving está rebanando secciones delgadas con un ultramicrotomo equipado con cuchilla de diamante que está unido a un bote lleno de agua para producir losas que son tan delgadas como ~ 30 nm. Ultramicrotomes se utilizan ampliamente para la preparación de muestras delgadas para formación de imágenes con óptica o eligenron microscopía y muchos de los la mayoría de los profesionales de la experiencia de ultramicrotomía provienen de un fondo biológica o médica. Hay varios métodos para fabricar nanogaps incluyendo uniones mecánicas de descanso, ⁴ de haz de electrones de litografía ^5, revestimiento ^{electroquímico, 6, 7, 8} electromigración enfocada litografía por haz de iones, ⁹ evaporación sombra, sonda de barrido ¹⁰ y microscopía de fuerza atómica, ¹¹ de litografía en hilos , reglas ¹² y moleculares. ¹³ Todos estos métodos tienen sus propias características y aplicaciones, pero la producción y direccionamiento nanogaps tanto en números útiles y con un control preciso sobre las dimensiones de la brecha sigue siendo un reto. Además, estos métodos tienen altos costos de operación, que se limitan a la clase de materiales que pueden sobrevivir a los procesos de grabado, y están limitadas en la resolución. Nanoskiving permite la rápida fabricación de nanocables eléctricamente-direccionables con SPACINgs de nanómetros individuales en la sobremesa. Estamos interesados ​​en la rápida creación de prototipos de nanoestructuras para la electrónica molecular, para el que los electrodos nano-fabricados no requieren técnicas especializadas o de tiempo; ¹⁴ una vez que se hace un bloque, puede producir cientos de miles de nanoestructuras, (serie) en demanda. Sin embargo, la técnica no se limita a SAM o la electrónica molecular y es un método general para la preparación de un hueco entre dos nanoestructuras. En este trabajo se utiliza la plata, el aluminio y SAM como capas de sacrificio para producir lagunas de diversos tamaños entre los nanocables de oro, pero la técnica no se limita a estos materiales (o nanocables metálicos). Los alambres son de pick-and-place y son compatibles con la alineación magnética, así que se pueden colocar sobre sustratos arbitrarias. ¹⁵ Otro punto fuerte de nanoskiving es que proporciona control sobre las tres dimensiones. Las dimensiones de las muestras se determinan por la topografía del sustrato (X), laespesor de la película depositada (Y) y el espesor de la losa producido por el ultramicrotomo (Z). Figura 1 resume el procedimiento usado para producir los nanocables con la distancia definida. Características de oro (1-2 mm de longitud) se depositan por evaporación a través de una máscara de teflón sobre un sustrato de silicio. Epofix (Microscopía Electrónica de Ciencias) epoxi pre-polímero se vierte sobre toda la oblea, que cubre las características de oro, cuando se cura la resina epoxi, la resina se separa de la oblea (es decir, a través de la plantilla de extracción); las características de oro permanecen adheridos a la epoxi . Para capas de sacrificio metálicos, de aluminio o de plata se evapora con el espesor deseado a través de la máscara de Teflón con un desplazamiento de 200 – 500 micras sobre las características de oro. Para producir sub-5 lagunas nm, un SAM se forma por inmersión de las características de oro en una solución etanólica de 1 mM del ditiol apropiado durante la noche. Un segundo conjunto de oro (u otro metal) se deposita mediante la colocación de la máscara de sombra de teflón sobre elprimera capa de características de oro (cubierto de plata, de aluminio o de una SAM) con un desplazamiento de 200 – 500 micras con respecto a la primera evaporación. Este desplazamiento se define finalmente la dimensión más larga de la brecha, y puede ser medido con precisión utilizando un micro-regla antes de clavarse toda la estructura en epoxi para seccionar. A continuación, toda la estructura está incrustado en un bloque de epoxi que entonces podría estar listo para seccionar la ultramicrótomo. El brazo de muestreo mantiene el bloque preparado medida que avanza la cuchilla de diamante hacia ella en pasos controlados que definirán el espesor de las losas. La sección resultante flota en el agua en el barco.