Nanoskiving tarafından Nanogaps imalatı
Summary
Elektriksel adresli, yüksek boy oranı (> 1000:1) 'nin üretim şablon olarak kurban alüminyum ve gümüş tabakaları veya kendini monte mono tabakaları kullanarak tek nanometre boşluklar ile ayrılmış metal nanotellerin açıklanmıştır. Bu nanogap yapılar nanoskiving olarak bilinen kenar litografi biçimi ile bir temiz oda veya herhangi bir fotoğraf ya da elektron-ışın taşbaskı süreçleri olmadan üretilmektedir.
Abstract
Orada kontrol aralıkları ile nanogaps imalatı çeşitli yöntemler vardır, ancak iki elektrot-ve pratik bunları üreten arasındaki alt-nanometre aralığı üzerinde hassas kontrol hala zorlu miktarda-olduğunu. Kenar litografi şeklidir nanoskiving, kullanarak nanogap elektrot hazırlanması hızlı, basit ve güçlü bir tekniktir. Bu yöntem, herhangi bir fotoğraf ya da elektron-ışın taşbaskı adımları içermez ve bu temiz odalar gibi herhangi bir özel ekipman veya altyapı gerektirmeyen tamamen mekanik bir süreçtir. Nanoskiving her üç boyutta üzerinde kontrol ve elektriksel olarak adreslenebilir nanogaps imal etmek için kullanılan, bu yapıların en küçük boyutunun feda edilecek bir tabaka (Al ya da Ag) veya kendi kendine monte edilmiş mono tabakaların kalınlığı ile tanımlanır. Bu teller elle su damlaları üzerinde nakillerini tarafından yerleştirilmiş ve doğrudan elektrik-adreslenebilir olabilir; başka litografi bir bağlamak gereklidirelektrometre.
Introduction
Bu kağıt kullanılarak tek nanometre boşluklar ile ayrılmış altın elektriksel adreslenebilir, yüksek boy oranı nanotellerinin üretim açıklar vakum-tevdi boşlukları> 5 nm ve alkanedithiols kendini monte mono tabakaları (SAMs) için bir kurban ayırıcı tabaka olarak alüminyum ve gümüş 1.7 nm kadar küçük boşluklar için. Biz ultramicrotome kullanarak bir kurban ayırıcı, nanoskiving olarak bilinen kenar litografi biçimi ile ayrılmış altın kesit sandviç yapılarla bir temiz oda veya herhangi bir fotolitografik süreçleri olmadan bu nano fabrikasyon. 1-3 Bu yöntem ince metal birikimi bir arada film ve bir ultramicrotome kullanarak kesit. Nanoskiving en önemli adım ~ 30 nm kadar ince olan plaka üretmek için su dolu bir tekne bağlı elmas bıçak ile donatılmış bir ultramicrotome ile ince kesitler dilimleme. Ultramicrotomes ile optik görüntüleme için ince numune hazırlanması için yaygın olarak kullanılan ya da tercih edilirron mikroskobu ve bir biyolojik veya tıbbi arka plan gelen ultramikrotom en deneyimini uygulayıcılar çok. Mekanik mola kavşak, 4 elektron-ışın litografi 5, elektrokimyasal kaplama, 6, 7 electromigration, 8 odaklanmış iyon demeti litografi, 9 gölge buharlaşma, 10 tarama probu ve atomik kuvvet mikroskobu, 11 telli litografi dahil olmak üzere imalatı nanogaps çeşitli yöntemler vardır , 12 ve moleküler yöneticiler. 13 Bu yöntemlerin tümü kendi özellikleri ve uygulamaları var ama yararlı sayıda ve boşluk boyutları üzerinde tam kontrol ile hem nanogaps üreten ve adresleme bir sorun olmaya devam etmektedir. Ayrıca bu yöntemler bu aşındırma süreçleri yaşayabilir malzemelerin sınıfına sınırlıdır, yüksek işletme maliyetleri ve çözünürlükte sınırlıdır. Nanoskiving Spacin ile elektrik-adreslenebilir nanoteller hızlı bir üretim sağlartezgah üstünde tek nanometre gs. Biz nano-fabrikasyon elektrotlar uzmanlık gerektiren ve zaman alıcı teknikleri gerektirmeyen için Moleküler Elektronik, için nanoyapıların hızlı prototipleme ilgilenen, bir blok yapıldıktan sonra 14, bu Nano yüz binlerce, (seri) üzerinde üretebilir talep. Ancak, bu teknik SAM'lere veya Moleküler elektronik ile sınırlı değildir ve iki nano arasında bir boşluk hazırlanması için bir genel yöntemdir. Bu yazıda altın nanotellerin arasında çeşitli boyutlarda boşluklar üretmek için kurban kat olarak gümüş, alüminyum ve SAMs kullanabilirsiniz, ancak teknik bu malzemelerin (veya metal nanoteller için) sınırlı değildir. Teller pick-ve-bir yer vardır ve manyetik uyum ile uyumlu, bu nedenle keyfi yüzeylerde yerleştirilebilir. Nanoskiving 15 diğer güçlü her üç boyutu üzerinde kontrol tanıyor olmasıdır. Numunelerin boyutları alt tabaka topografyası (X) ile belirlenirtevdi filmi (Y) ve ultramikrotom (Z) tarafından üretilen kütüğün kalınlığının kalınlığına bağlıdır. Şekil 1, bu belirli şekillere sahip tellerden üretmek için kullanılan yöntem özetlemektedir. Altın ® (uzunluk olarak 1-2 mm), bir silikon alt-tabaka üzerine teflon bir maske aracılığıyla buharlaştırma ile yatırılır. Epofix (Elektron Mikroskobu Bilimleri) epoksi reçine ön polimer altın ®, epoksi kürlendiğinde, epoksi (sıyırma şablon yolu ile) gofret ayrılır kapsayan tüm gofret üzerine dökülür, altın ® epoksi yapışık kalması . Altın özellikleri üzerinde 500 um – gümüş geçici tabaka, alüminyum ya da bir gümüş 200 ofset ile teflon maske aracılığıyla arzu edilen kalınlık ile buharlaştırılır. Alt-5 nm boşlukları üretmek için, SAM gece boyunca uygun ditiyol bir 1 mM etanolik çözelti içinde altın ® daldırarak oluşturulmuştur. Altın (veya başka bir metal) oluşan ikinci bir set üzerinde teflon gölge maske yerleştirilerek yatırılıraltın özellikleri (gümüş, alüminyum veya bir SAM kaplı) ilk kat bir 200 ofset – ilk buharlaşma göre 500 mikron. Bu ofset sonunda boşluğu en uzun boyutu tanımlayacak, ve doğru bir kesit için epoksi içinde tüm yapı gömmeden önce bir mikro-cetvel kullanılarak ölçülebilir. Daha sonra tüm yapı daha sonra ultramicrotome ile kesit için hazır olabilir epoksi bir blok yerleştirilmiştir. Örnek kolu plaka kalınlığını belirleyecek kontrollü olarak buna karşı elmas bıçak ilerledikçe hazırlanan blok tutar. Ortaya çıkan bölümde tekne su üzerinde yüzer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazıda nanoskiving kullanarak nanogap yapıların imalat gösterdi. Bu deneysel basit bir yöntem üç boyutlu kontrol ile, saniyede yaklaşık bir oranında nano üretimi sağlar. Boşluk boyutu kurban alüminyum ve gümüş tabaka ya da ditiolleri kendi kendini monte mono tabakaları (ki gibi küçük bir çözüm getirir) ya da birleştiren ile tanımlanır. Nano herhangi bir keyfi yüzeye elle yerleştirilmiş ve nanoskiving eşsiz bir özellik olan, doğrudan elektriksel adreslenebilir olabilir. Bu teknik aynı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Hyet Güneş ve Bilimsel Araştırma Hollanda Örgütü (NWO) bir parçası olan Stichting voor Fundamenteel onderzoek der Materie FOM, Ortak Güneş Programı (JSP) bir parçasıdır.
Materials
| Reagent/Material | |||
| Epofix epoxy resin | Electron Microscopy | 1232 | |
| Sciences | |||
| Gold | Schone Edelmetaal B.V | ||
| Aluminum | Umicore Materials AG | ||
| Silver | Umicore Materials AG | ||
| (tridecafluoro-1,1,2,2, | ABCR GmbH co.KG | 78560-45-9 | |
| -tetrahydrooctyl) | |||
| trichlorosilane | |||
| ,12-dodecanedithiol | Home-synthesised | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| ,14-tetradecanedithiol | synthesized in house | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| ,16-hexadecanedithiol | synthesized in house | According to: Akkerman et. al., Nature. 441, 69-72 (2006) | |
| Equipment | |||
| Thermal deposition system | home-built | ||
| Ultramicrotome | Leica Microsystems | ||
| Dimanod knife ultra 35 | Diatome | DU3540 | |
| Dimanod knife ultra 45 | Scimed GMBH | ||
| Scanning electron microscope | JOEL | ||
| Source meter | Keithley | ||
| Table 1. Tables of Specific Reagents and Equipment. |
References
- Lipomi, D. J., Martinez, R. V., Whitesides, G. M. Use of thin sectioning (nanoskiving) to fabricate nanostructures for electronic and optical applications. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (37), 8566-8583 (2011).
- Xu, Q., Rioux, R. M., Dickey, M. D., Whitesides, G. M. Nanoskiving: A new method to produce arrays of nanostructures. Acc. Chem. Res. 41 (12), 1566-1577 (2008).
- Xu, Q., Rioux, R. M., Whitesides, G. M. Fabrication of complex metallic nanostructures by nanoskiving. ACS Nano. 1 (3), 215-227 (2007).
- Reed, M. A., Zhou, C., Muller, C. J., Burgin, T. P., Tour, J. M. Conductance of a molecular junction. Science. 278 (5336), 252-254 (1997).
- Chen, W., Ahmed, H., Nakazoto, K. Coulomb blockade at 77 k in nanoscale metallic islands in a lateral nanostructure. Appl. Phys. Let. 66 (24), 3383-3384 (1995).
- Morpurgo, A. F., Marcus, C. M., Robinson, D. B. Controlled fabrication of metallic electrodes with atomic separation. Appl. Phys. Let. 74 (14), 2084-2086 (1999).
- Paska, Y., Haick, H. Systematic cross-linking changes within a self-assembled monolayer in a nanogap junction: A tool for investigating the intermolecular electronic coupling. J. Am. Chem. Soc. 132 (6), 1774-1775 (2010).
- Park, J., Pasupathy, A. N., Goldsmith, J. I., Chang, C., Yaish, Y., Petta, J. R., Rinkoski, M., Sethna, J. P., Abruna, H. D., McEuen, P. L., Ralph, D. C. Coulomb blockade and the kondo effect in single-atom transistors. Nature. 417 (6890), 722-725 (2002).
- Nagase, T., Kubota, T., Mashiko, S. Fabrication of nano-gap electrodes for measuring electrical properties of organic molecules using a focused ion beam. Thin Solid Films. 438-439, 374-377 (2003).
- Kubatkin, S., Danilov, A., Hjort, M., Cornil, J., Brédas, J. -. L., Stuhr-Hansen, N., Hedegård, P., Bjørnholm, T. Single-Electron Transistor of a Single Organic Molecule with Access to Several Redox States. Nature. 425 (6959), 698-701 (2003).
- Notargiacomo, A., Foglietti, V., Cianci, E., Capellini, G., Adami, M., Faraci, P., Evangelisti, F., Nicolini, C. Atomic force microscopy lithography as a nanodevice development technique. Nanotechnology. 10 (4), 458-463 (1999).
- Qin, L., Park, S., Huang, L., Mirkin, C. A. On-wire lithography. Science. 309 (5731), 113-115 (2005).
- Hatzor, A., Weiss, P. S. Molecular rulers for scaling down nanostructures. Science. 291 (5506), 1019-1020 (2001).
- Pourhossein, P., Chiechi, R. C. Directly addressable sub-3 nm gold nano-gaps fabricated by nanoskiving using self-assembled monolayers as templates. ACS Nano. 6, 5566-5573 (2012).
- Lipomi, D. J., Ilievski, F., Wiley, B. J., Deotare, P. B., Lončar, M., Whitesides, G. M. Integrated fabrication and magnetic positioning of metallic and polymeric nanowires embedded in thin epoxy slabs. ACS Nano. 3 (10), 3315-3325 (2009).
- Mays, R. L., Pourhossein, P., Savithri, D., Genzer, J., Chiechi, R. C., Dickey, M. D. Thiol-containing polymeric embedding materials for nanoskiving. Journal of Materials Chemistry C. , (2013).
- Thuo, M. M., Reus, W. F., Nijhuis, C. A., Barber, J. R., Kim, C., Schulz, M. D., Whitesides, G. M. Odd-even effects in charge transport across self-assembled monolayers. J. Am. Chem. Soc. 133 (9), 2962-2975 (2011).
- Song, H., Kim, Y., Jeong, H., Reed, M. A., Lee, T. Coherent Tunneling Transport in Molecular Junctions. J. Phys. Chem. C. 114 (48), 20431-20435 (2010).
- Wang, W. Y., Lee, T., Reed, M. A. Mechanism of Electron Conduction in Self-Assembled Alkanethiol Monolayer Devices. Phys. Rev. B. 68 (3), 035416 (2003).
- Weiss, E. A., Chiechi, R. C., Kaufman, G. K., Kriebel, J. K., Li, Z., Duati, M., Rampi, M. A., Whitesides, G. M. Influence of defects on the electrical characteristics of Mercury-Drop junctions: Self-Assembled monolayers of n- Alkanethiolates on rough and smooth. 129 (14), 4336-4349 (2007).
