3-D Nanopatterning och Nanofabrication: Att Använda Nano-Att langettera Verkställer i Bosch Djup Reactive JonEtsning

vid Professorn Chang-Hwan Choi

Nano och Microfluidics Laboratorium för Professor Chang-Hwan Choi, Avdelning av Maskinlära, Stevens Institut av Teknologi
Motsvarande författare: cchoi@stevens.edu

Som vetenskapligt, besegrar sökanden och att iscensätta applikationräckvidd till ett nanometerfjäll, finns det ett starkt behov att fabricera tredimensionella (3-D) nanostructures med regularity, och controllability i deras mönstrar, storleksanpassar och formar. För en tid sedan har en enkel och effektiv 3-D nanofabricationmetod, som kopplar ihop Bosch den djupa reactive jonetsningen som (DRIE) är processaa med laser-störningslithography, anmälts för att skapa ensamling (nanoscalegrad) av silikonnanostructures av varierande höjd och för att forma över ett stort tar prov område med utmärkt regularity och likformighet1,2.

Genom att reglera etsningparametrar, var det nanoscopic langettera problemet som var typisk i den processaa Boschen DRIE, inte endast controllable, men kapabelt av realisering av den sofistikerade 3-D sidoväggen profilerar också och av spetsskärpa. Dessa brunn-definierade stor-område nanostructures över ett stort område med den controllable sidoväggen och spets formar öppnade möjligheter för ny applikation i områdesdet okändananoelectronics, liksom microfluidics3,4 och biomaterials5,6. I denna artikel granskar vi den nya nanofabricationen som är processaa av att använda den processaa Boschen DRIE för enkelt kick-aspekt-förhållande den 3-D nanopatterningen, och dess potentiella applikationer/gynnar.

I silikon-baserad fabricering för MEMS (mikro-elektromekaniska system) har Boschen DRIE varit gemensamt van vid etsar djupa diken för microscale med lodlinjesidoväggar dess kick etsar tack vare som selectivity för silikoner över olikt maskerar material liksom photoresist, silikonoxiden och silikonnitridelagrar (e.g., mer stor än 100:1). Emellertid har den processaa Boschen DRIE sällan varit van vid tankeskapelsenanostructures, därför att det välkänt verkställer av sidoväggsorl, eller så-kallat ”är att langettera”, intolerably framstående på nanoscalen (Fig. 1).

Figurera 1. Schematiskt av processaa cykliska Bosch DRIE. (a) Öppningen av etsar maskerar lagrar för Bosch DRIE. (b) Isotropiska SF6 etsar av silikonsubstraten med anisotropic beskjutning. (c) Isotropiskt polymerbildande med C4F8. (D) SF6 etsar, och polymeravlagring upprepas för djupa diken. Kammusslor, vars maximal-till-dalen höjd är över 50 nm i typisk DRIE, verkar på väggarna tack vare den isotropiska naturen av etsa. Langettera för nanoscale verkställer kan kontrolleras, och använt för sidovägg profilera, och spetsskärpa kontrollerar för 3-D nanostructurefabricering, genom att reglera etsningparametrarna liksom, pressar, driver gasar RF, blandningen och släktingvaraktigheten av tid för avlagring för etsningtid (kliva b), kontra (kliva c).

Nya rapporter1,2 visar, att langettera för nanoscale verkställer kan moduleras genom att reglera etsningparametrarna och anpassat för att realisera kick-aspekt-förhållande 3-D nanostructures med dendefinierade sidoväggen profilerar och tippar skärpa. (Kliva b i Fig. 1) Även Om flera parametrar i Boschen DRIE, liksom pressar, driver gasar RF och blandningspåverkan som sidoväggen profilerar, det var beslutsam att släktingvaraktigheten av tid för avlagring för etsningtid kontra (kliva c i Fig. 1) i den processaa cykliska Boschen var den lämpligaste parametern som kontrollerar den strukturella tre-dimensionalityen med bra reproducibility i anslutning med slutsumman numrerar av etsar cyklar. Ett liknande att närma sig kan också appliceras för den 3-D nanopatterningen av belägger med metall i den anisotropic reactive jonetsningtekniken, genom att exploatera den cykliska etsningen, och passivation (e.g., oxidation) kliver.

I mest applikationer är nanostructuresna inte användbara, om inte de täcker ett förhållandevis stort område, och det fabriks- kostar hålls inom ett godtagbart spänner. Stunder som talrika nanopatterning tekniker har undersökts, mest, gäller en seriell metod liksom e-strålar eller avläsande sondlithography som täcker endast ett litet område (typisk mindre än 1 en mm2).

Parallellen Röntgar lithography kan mönstra ett stort område, men den är för dyr för mest applikationer. Mjuka lithography-baserade fabriceringmetoder, liksom att nanoimprinting, replicaten mönstrar i en parallell danar men behöver en ledar- form som först by tillverkas, e-strålar eller Röntgar lithography. Mest non-lithographic metoder, liksom bruket av nanotemplates av själv-församlade nanomaterials eller riktaavlagringen/tillväxten av nanostructures vid kemiska metoder, saknar regularity över ett stort område.

För närvarande är lithography för störning (eller holographic) ansedd det effektivast långt att göra submicron-fjäll periodiskt mönstrar över ett stort område med överman kontrollerar av mönstrar regularity. Den använder enkelt, och förhållandevis billig optik som frambringar enhetlig störning, mönstrar liksom fodrar och pricker på en substrate utan någon photomask. I detta granska, framläggas som de 3-D nanofabricationresultaten av den processaa Boschen DRIE använder photoresistnanopatternsna som skapas av störningslithographyen, som etsa maskerar för att visa stor-område den 3-D nanopatterning- och nanofabricationintrigen1,2.

Figurera 2 shows som ett 3-D exempel av kick-aspekt-förhållandet nano-postar strukturerar av varierande sidovägg profilerar, och tippa skärpa. Stamgästsilikonnanostructures med mer mindre än 10% avsteg storleksanpassar och formar in kan erhållas över 4 flytta sig mycket långsamt substraten, genom att använda laser-störningslithographyen som följs av Boschen DRIE.



Figurera 2. Scanningelektronmikroskopet (SEM) avbildar av 3-D nanostructures av den olika sidoväggen profilerar och spetsskärpa som skapas på silikonsubstrates1,2. Brunn-Reglerat nano-periodiskt strukturerar med överman kontrollerar av den strukturella tre-dimensionalityen kan lämpligt skapas på ett stort tar prov område (upp till 4"” substraten x4) genom att kombinera den processaa Boschen DRIE med en laser-störningslithography. Laser-störningslithographyen kan definiera en enhetlig samling av photoresistnanopatterns (fodra, pelaren eller spela golfboll i hål), var en mönstraperiodicitet är beslutsam vid laser-våglängden och meta mellan två som störer strålar. Nanostructuresna som visas i, figurerar är den högväxt pelaren strukturerar (~500 nm i höjd) i en kvadrerasamling av ~200 nm i periodicitet.

Den processaa Boschen DRIE låter skapelsen av kick-aspekt-förhållandet (e.g., mer stor än 10) nanostructures med en tunn (, ~50 nm e.g. tjockt) photoresist maskerar lagrar som föreslår att detta nytt att närma sig gör det processaa av 3-D nanostructurefabricering för stamgäst över ett stort täckningsområde som är enkelt och som är praktiskt, även för kick-aspekt-förhållande nanostructures.

Figurera shows 2a som sidoväggen profilerar programmerat för att vara beträffande-deltagare. Graden av beträffande-hänrycka kontrollerades av första nano-langettera storleksanpassar av den processaa Boschen DRIE. De 3-D nanostructuresna med den sådan beträffande-deltagare sidoväggen profilerar är önskvärda i flera applikationer, liksom T-Utfärda utegångsförbud för för mikrovågtransistorer, vinkar modulatorer för nano-optik, ytbehandlar robustt omniphobic, och olika nanoelectromechanical system (NEMS). Med van vid konventionella tekniker skapa 3-D särdrag, kliver multipellithography med preciserar justering, eller en singellithography kliver med mång--lagrar motstår (eller mång--kliva postar bearbetar), skulle krävs. Resultatet föreslår att etteffektivt riktar 3-D nanostructurefabricering är möjligheten, genom att kontrollera nano-langettera verkställer.

Figurera shows 2b som de 3-D nanostructuresna med en reentrant sidovägg profilerar av upprepad concaveness eller convexness. Den tredimensionella variationen av sidoväggen profilerar kan läggas på längs den utvalda sidoväggen sluttar, genom att modulera nano-langettera, verkställer och att möjliggöra hierarkiska eller mång--jämna nanostructures.

Figurera 2c visar också att spetsskärpan kan vidare anpassas. Till exempel profilerar nanostructurespetsarna av enavsmalnad sidovägg kan lämpligt vässas av termisk oxidation och följande borttagning av oxiden. Dereglerade kor-spetsen nanostructuresna som täcker ett stort, mönstrar område, speciellt visare-något liknande nanoposten strukturerar, intresserar gemensamt sådan elektroniska applikationer som sätter in utsändaren strukturerar. Denna enkla men effektiva metod av kor-spetsen nanofabrication som också ska, gör designen lättare, och fabriceringen av kick-aspekt-förhållandet scanningsonden tippar. Dessa resultat stöttar att brunn-programmerat nano-langettera verkställer i Bosch som DRIE kan vara ett enkelt och användbart bearbeta för den 3-D nanostructurefabriceringen.

Bland många gynnar av de 3-D nanostructuresna, debefolkade nanostructuresna över ett stort tar prov område kan öppna non-elektroniska applikationmöjligheter. Till exempel möjliggör kick-aspekt-förhållandet kor-spetsen nanostructuresna fabriceringen av nano-mönstrat superhydrophobic ytbehandlar av bra mekanisk robusthet, och de-att blöta stabilitet som jämförs med detmönstrade eller ojämn-mönstrade (e.g., chemically-bildat eller polymer-roughened) superhydrophobic ytbehandlar.

Figurera 3 shows som denreglerade kor-spets (~10 nm i spetsradie) nanoposten strukturerar av varierande höjder (50-500 nm). Även Om spetsarna är all kor, endast strukturerar högväxt nanopost med ett litet sluttar metar underhåller ettblött statligt och att ställa ut stor superhydrophobicity (en kontakt metar av ~180°). Dessa nanostructures med stamgäst och den täta graden inte endast att låta en till studien verkställa av nanostructuregeometrier på superhydrophobic blöta. Men de gör också flödesapplikationer, liksom hydrodynamic friktionsförminskning som är mer praktisk, genom att tolerera högt tryckflöden, utan att förlora, ytbehandlar superhydrophobicity3,4.



Figurera 3. SEM 2000 avbildar av kor-spets nanopost strukturerar för superhydrophobic ytbehandlar1,2. Varje inlägg visar att den påtagliga kontakten metar av en bevattnaliten droppe efter hydrophobic ha täckt av Teflon (~10 nm tjockt) på varje ytbehandlar. Kick-aspekt-Förhållande nanoposts (e.g., mer än 200 nm som visat i b och c) visar dramatiskt förhöjd hydrophobicity (e.g., en kontakt metar mer stor än 175°), fördriver de kort nanopostsna (e.g., mindre än 100 nm som visas i a) gör inte (e.g., en kontakt metar inte mer än 130°). Som en hänvisa till metar kontakten på Teflon som täckas på enstrukturerad lägenhet, ytbehandlar är ~120°.

Denreglerade 3-D nano-topografiska rekvisitan möjliggör en annan möjlighet för utforskning i cellbiologi. En cell in - vivo bor i en 3-D nano-miljö som påverkar varandra med de extracelullar matrismaterialen feabured med nano-tophographical projektioner, och fördjupningar, som varierar i sammansättning, storleksanpassar och periodiciry. Den skilja sig åt från fokal- och fibrillar adhesions som in vitro karakteriseras på tvådimensionella substrates.

Även Om flera celluppföranden över olikt ytbehandlar topografier werestudied med mikro, och nanostructured ytbehandlar, hade bristen som systematiskt kontrollerar den 3-D topografin för ytbehandla, speciellt i nanoscalen, förebyggt oss från isolering av verkställa av tre-dimensionality av nanoscale ytbehandlar särdrag på celladhesions. Utvecklingen av den 3-D nanofabricationtekniken låter nu den systematiskt kontrollerade 3-D nanotopographyen modellerar ytbehandlar för in vitro studien av 3-D celladhesions. Figurera 4 shows en ny studie av fibroblastcellväxelverkan med kor-spetsen nanoposten, och nanograte strukturerar testat som den reglerade 3-D nanotopographyen modellerar5,6. Dedefinierade 3-D nanostructuresna avslöjde att skulle celler använder filopodiaen för rumslig avkänning i deras rörelse runt om nanoenvironmenten.




Figurera 4. Celladhesions på 3-D kor-spets nanotopography5,6. SEM 2000 avbildar av fibroblast som cellers filopodiaf8orlängningen togs på kulturperioderna av 3 dagar för nanopost (a: ~50 nm och b: ~500 nm, i höjd) och nanograte (c: ~50 nm och D: ~500 nm, i höjd) tar prov. Fjäll bommar för i varje avbildar indikerar 1 µm.

Fördriva nanoposten strukturerar fungerat som ”kliva stenar i filopodiarörelsen (Figs. 4a och 4b), nanogratesna som fungeras som ”vägleda, spårar” (Figs. 4c och 4d), med slutsumman verkställer också att vara anhörigen på de strukturella aspektförhållandena. Mer specificerar på tillhörande celluppföranden på 3-D nanotopographies liksom cellspridning, morfologi, och adhesions kan finnas någon annanstans5,6. Brunn-Definierade 3-D nanostructuresystem ger ett unikt tillfälle att belysa många aspekter av nanobiologyen av celler, överenskommelsen av som kan vidare användas för cellen och silkespappret som iscensätter applikationer.

Denna kort stavelse granskar artikeloverviewes ett enkelt, men den användbara metoden som fabricerar 3-D tät-samling nanostructures med bra regularity av, mönstrar, storleksanpassar och formar över ett stort tar prov område. Det Bosch DRIE processaa som kombineras med laser-störningslithography förenklar inte endast, den processaa nanofabricationen, utan gör också möjlighet som anpassa av den nanostructured 3-D sidoväggen profilerar. Den följande enkla metoden av att vässa för spets diskuteras också. Som man har råd med ytbehandlar med brunn-kontrollerade 3-D nanostructures över öppna nya applikationer för ett stort område i elektronik och det okända till och med deras unika rekvisita som påbörjar från deras nanoscalegeometri.

Tack till personer

Mest arbeten som framlades i denna artikel, utfördes som PhD-tearbetet under övervakningen av Prof. Chang-Jin ”CJ” Kim på Universitetar av Kalifornien på Los Angeles (UCLA). FörfattaretackProf.en Kim för service- och diskussionsalltigenom arbetena, Prof. Joonwon Kim för initial hjälp i nanofabrication, Prof. Chih-Ming Ho och Dr. Umberto Ulmanella för microfluidic applikationer och Profs. Benjamin Wu, James Dunn, Ramin Beygui och Dr. Sepideh Hagvall för cellstudier.


Hänvisar till

1. C. - H. Choi, C. - J. Kim, ”Fabriceringen av Tät Samling av Högväxt Nanostructures över ett Stort Tar Prov Område med Sidoväggen Profilerar, och SpetsSkärpa Kontrollerar”, Nanotechnology 17, 5326-5333 (2006).
2. C. - H. Choi, C. - J. Kim, ”Design, Fabricering och Applikationer av Stor-Område Brunn-Beställd Tät-Samling Tredimensionella Nanostructures”, i Nanostructures i Elektronik och Photonics, Ed. Faiz Rahman, Panorerar Stanford Att Publicera (2008)
3. C. - H. Choi, C. - J. Kim, ”det Stora Snedsteget av Aqueous VätskeFlöde över en Nanoengineered Superhydrophobic Ytbehandlar”, Läkarundersökningen Granskar Märker 96, 066001 (2006)
4. C. - H. Choi, U. Ulmanella, J. Kim, C. - M. Ho, C. - J. Kim, ”Effektiv Snedsteg- och FriktionsFörminskning i Nanograted Superhydrophobic Microchannels”, Fysik av Vätskor 18, 087105 (2006)
5. C. - H. Choi, S.H. Hagvall, B.M. Wu, J.C.Y. Dunn, R.E. Beygui, C. - J. Kim, ”CellVäxelverkan med den Tredimensionella Kor-Spetsen Nanotopography”, Biomaterials 28, 1672-1679 (2007).
6. C. - H. Choi, S.H. Hagvall, B.M. Wu, J.C.Y. Dunn, R.E. Beygui, C. - J. Kim, ”CellTillväxt som en Täcka på den Tredimensionella Kor-Spetsen Nanostructures”, Förar Journal över av BiomedicalMaterialForskning 89A, 804-817 (2009).

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Chang-Hwan Choi (det Stevens Institutet av Teknologi)

Date Added: Oct 20, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:48

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit