Термохимическая нанолитография

Термохимическая нанолитография ( TCNL ) или термохимическая сканирующая зондовая литография ( tc-SPL ) — это сканирующей зондовой микроскопии на метод нанолитографии, , который запускает термически активируемые химические реакции для изменения химической функциональности или фазы поверхности основанный . Химические изменения можно записать очень быстро благодаря быстрому сканированию зонда, поскольку никакая масса не переносится от наконечника к поверхности, а скорость записи ограничивается только скоростью теплопередачи. ^{[ нужна ссылка ]}. TCNL был изобретен в 2007 году группой из Технологического института Джорджии. ^{[ 1 ]} Риедо и его коллеги продемонстрировали, что TCNL может вызывать локальные химические изменения с размерами элементов до 12 нм при скорости сканирования до 1 мм/с. ^{[ 1 ]}

TCNL был использован в 2013 году для создания наномасштабной копии Моны Лизы, «окрашенной» при разных температурах кончика зонда. Портрет, получивший название «Мини-Лиза» , имел размеры 30 микрометров (0,0012 дюйма), что составляет примерно 1/25 000 размера оригинала. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Техника

Термические кантилеверы AFM обычно изготавливаются из кремниевых пластин с использованием традиционных процессов объемной и поверхностной микрообработки. За счет подачи электрического тока через высоколегированные кремниевые крылья резистивный нагрев происходит в зоне легкого легирования вокруг кончика зонда, где рассеивается наибольшая часть тепла. Наконечник способен очень быстро менять свою температуру благодаря небольшому объему; средний наконечник, контактирующий с поликарбонатом, имеет постоянную времени 0,35 мс. ^{[ нужна ссылка ]} Насадки можно циклически переключать между температурой окружающей среды и 1100 °C на частоте до 10 МГц. ^{[ нужна ссылка ]} при этом расстояние наконечника от поверхности и температуру наконечника можно контролировать независимо.

Приложения

запускаются термически активируемые реакции В белках . ^{[ 4 ]} органические полупроводники , ^{[ 5 ]} электролюминесцентные сопряженные полимеры и наноленточные резисторы. ^{[ 6 ]} Снятие защиты функциональных групп ^{[ 7 ]} (иногда с учетом температурных градиентов ^{[ 8 ]}) и восстановление оксида графена ^{[ 9 ]} было продемонстрировано. Смачиваемость наноуровне поверхности полимера на ^{[ 1 ]}^{[ 10 ]} модифицирован и наноструктуры поли(п-фениленвинилена) ( электролюминесцентно- сопряженного полимера). созданы ^{[ 11 ]} наноразмерные шаблоны на полимерных пленках для сборки нанообъектов, таких как белки и ДНК . Также были созданы ^{[ 12 ]} и кристаллизация сегнетоэлектрической керамики с плотностью хранения до 213 Гб/дюйм. ² были произведены. ^{[ 13 ]}

Использование материала, который может подвергаться множественным химическим реакциям при существенно разных температурах, может привести к созданию многоуровневой системы , в которой различные функциональные возможности могут быть реализованы при разных температурах. ^{[ нужна ссылка ]} Синтетические полимеры, такие как PMCC , использовались в качестве функциональных слоев на подложке, что позволяет создавать рисунки с высоким разрешением. ^{[ 14 ]}

Сравнение с другими методами литографии

Термомеханическая сканирующая зондовая литография основана на применении тепла и силы для создания углублений для формирования рисунка (см. Также: «Многоножка-память» ). Литография с термосканирующим зондом (t-SPL) специализируется на удалении материала с подложки без намерения химического изменения созданной топографии. Нанолитография локального окисления основана на реакциях окисления в водном мениске вокруг кончика зонда.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Р. Шошкевич; Т. Окада; СК Джонс; Т.-Д. Ли; В. П. Кинг; С.Р. Мардер и Э. Риедо (2007). «Высокоскоростная термохимическая нанолитография размером менее 15 нм». Нано Летт . 7 (4): 1064–1069. Бибкод : 2007NanoL...7.1064S . дои : 10.1021/nl070300f . ПМИД 17385937 .
^ Эоин О'Кэрролл (7 августа 2013 г.). « Мини-Лиза»: исследователи Технологического института Джорджии создали самую крошечную в мире репродукцию да Винчи» . Христианский научный монитор . Проверено 8 августа 2013 г.
^ Кэрролл, AKG; Ван, Д.; Кодали, В.; Скримджер, Дж.; Кинг, В.; Мардер, С.; Риедо, Э.; Кертис, Дж. (2013). «Изготовление наномасштабных химических градиентов с помощью термохимической нанолитографии». Ленгмюр . 29 (27): 8675–8682. дои : 10.1021/la400996w . ПМИД 23751047 .
^ Мартинес, Рамсес В.; Мартинес, Хавьер; Кьеза, Марко Гарсия, Рикардо; Коронадо, Эухенио; Пинилья-Сьенфуэгос, Елена; Татай, Серджио (2010). «Крупномасштабное наноструктурирование одиночных белков, используемых в качестве носителей магнитных наночастиц». Продвинутые материалы . 22 (5): 588–591. дои : 10.1002/adma.200902568 . hdl : 10261/45215 . ПМИД 20217754 .
^ Фенвик, Оливер; Божец, Лоран; Кредингтон, Дэн; Хаммиш, Аззедин; Лаццерини, Джованни Маттиа; Зильберберг, Ярон Р.; Качиалли, Франко (октябрь 2009 г.). «Термохимическое наноструктурирование органических полупроводников». Природные нанотехнологии . 4 (10): 664–668. Бибкод : 2009NatNa...4..664F . дои : 10.1038/nnano.2009.254 . ISSN 1748-3387 . ПМИД 19809458 .
^ Шоу, Джозеф Э.; Ставриноу, Пол Н.; Антопулос, Томас Д. (2013). «Создание рисунка наноструктурированных пентаценовых транзисторов по требованию методом сканирующей термической литографии» (PDF) . Продвинутые материалы . 25 (4): 552–558. дои : 10.1002/adma.201202877 . hdl : 10044/1/19476 . ПМИД 23138983 .
^ Ван, Дебин; Кодали, Вамси К.; Андервуд II, Уильям Д.; Ярвхольм, Йонас Э.; Окада, Такаши; Джонс, Саймон С.; Руми, Мариакристина; Дай, Жентинг; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет Р.; Кертис, Дженнифер Э.; Риедо, Элиза (2009). «Термохимическая нанолитография многофункциональных наношаблонов для сборки нанообъектов - Ван - 2009». Передовые функциональные материалы . 19 (23): 3696–3702. дои : 10.1002/adfm.200901057 .
^ Кэрролл, Кейт М.; Джордано, Энтони Дж.; Ван, Дебин; Кодали, Вамси К.; Скримджер, Ян; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет Р.; Риедо, Элиза; Кертис, Дженнифер Э. (9 июля 2013 г.). «Изготовление наномасштабных химических градиентов с помощью термохимической нанолитографии». Ленгмюр . 29 (27): 8675–8682. дои : 10.1021/la400996w . ISSN 0743-7463 . ПМИД 23751047 .
^ Вэй, Чжунцин; Ван, Дебин; Ким, Суэнн; Ким, Су-Янг; Ху, Йике; Якс, Майкл К.; Ларакуэнте, Арнальдо Р.; Дай, Жентинг; Мардер, Сет Р. (2010). «Наномасштабное настраиваемое восстановление оксида графена для графеновой электроники». Наука . 328 (5984): 1373–1376. Бибкод : 2010Sci...328.1373W . CiteSeerX 10.1.1.635.6671 . дои : 10.1126/science.1188119 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 20538944 . S2CID 9672782 .
^ Д. Ван; Т. Окада; Р. Шошкевич; СК Джонс; М. Лукас; Дж. Ли; В. П. Кинг; С.Р. Мардер; Э. Риедо (2007). «Модификация локальной смачиваемости с помощью термохимической нанолитографии с возможностью записи, чтения и перезаписи». Прил. Физ. Летт . 91 (24): 243104. Бибкод : 2007ApPhL..91x3104W . дои : 10.1063/1.2816401 . hdl : 1853/46618 .
^ Ван, Дебин; Ким, Суэнн; II, Уильям Д. Андервуд; Джордано, Энтони Дж.; Хендерсон, Клиффорд Л.; Дай, Жентинг; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет Р.; Риедо, Элиза (07 декабря 2009 г.). «Прямое написание и характеристика наноструктур поли(п-фениленвинилена)». Письма по прикладной физике . 95 (23): 233108. Бибкод : 2009ApPhL..95w3108W . дои : 10.1063/1.3271178 . hdl : 1853/46878 . ISSN 0003-6951 .
^ Д. Ван; и др. (2009). «Термохимическая нанолитография многофункциональных наношаблонов для сборки нанообъектов». Адв. Функц. Мэтр . 19 (23): 3696–3702. дои : 10.1002/adfm.200901057 .
^ Ким, Суэнн; Бастани, Ясер; Лу, Хайдун; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет; Сэндхейдж, Кеннет Х .; Груверман, Алексей; Риедо, Элиза; Бассири-Гарб, Назанин (2011). «Прямое изготовление сегнетоэлектрических наноструктур произвольной формы на подложках из пластика, стекла и кремния». Продвинутые материалы . 23 (33): 3786–90. дои : 10.1002/adma.201101991 . ПМИД 21766356 .
^ Альбисетти, Э; Кэрролл, КМ; Лу, Х; Кертис, Дж. Э.; Петти, Д; Бертакко, Р; Риедо, Э (27 июня 2016 г.). «Термохимическая сканирующая зондовая литография белковых градиентов на наноуровне» . Нанотехнологии . 27 (31): 315302. Бибкод : 2016Nanot..27E5302A . дои : 10.1088/0957-4484/27/31/315302 . hdl : 11311/1004178 . ISSN 0957-4484 . ПМИД 27344982 .

Внешние ссылки

[TCNL-NL2-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Р. Шошкевич; Т. Окада; СК Джонс; Т.-Д. Ли; В. П. Кинг; С.Р. Мардер и Э. Риедо (2007). «Высокоскоростная термохимическая нанолитография размером менее 15 нм». Нано Летт . 7 (4): 1064–1069. Бибкод : 2007NanoL...7.1064S . дои : 10.1021/nl070300f . ПМИД 17385937 .

[2] Эоин О'Кэрролл (7 августа 2013 г.). « Мини-Лиза»: исследователи Технологического института Джорджии создали самую крошечную в мире репродукцию да Винчи» . Христианский научный монитор . Проверено 8 августа 2013 г.

[3] Кэрролл, AKG; Ван, Д.; Кодали, В.; Скримджер, Дж.; Кинг, В.; Мардер, С.; Риедо, Э.; Кертис, Дж. (2013). «Изготовление наномасштабных химических градиентов с помощью термохимической нанолитографии». Ленгмюр . 29 (27): 8675–8682. дои : 10.1021/la400996w . ПМИД 23751047 .

[4] Мартинес, Рамсес В.; Мартинес, Хавьер; Кьеза, Марко Гарсия, Рикардо; Коронадо, Эухенио; Пинилья-Сьенфуэгос, Елена; Татай, Серджио (2010). «Крупномасштабное наноструктурирование одиночных белков, используемых в качестве носителей магнитных наночастиц». Продвинутые материалы . 22 (5): 588–591. дои : 10.1002/adma.200902568 . hdl : 10261/45215 . ПМИД 20217754 .

[5] Фенвик, Оливер; Божец, Лоран; Кредингтон, Дэн; Хаммиш, Аззедин; Лаццерини, Джованни Маттиа; Зильберберг, Ярон Р.; Качиалли, Франко (октябрь 2009 г.). «Термохимическое наноструктурирование органических полупроводников». Природные нанотехнологии . 4 (10): 664–668. Бибкод : 2009NatNa...4..664F . дои : 10.1038/nnano.2009.254 . ISSN 1748-3387 . ПМИД 19809458 .

[6] Шоу, Джозеф Э.; Ставриноу, Пол Н.; Антопулос, Томас Д. (2013). «Создание рисунка наноструктурированных пентаценовых транзисторов по требованию методом сканирующей термической литографии» (PDF) . Продвинутые материалы . 25 (4): 552–558. дои : 10.1002/adma.201202877 . hdl : 10044/1/19476 . ПМИД 23138983 .

[7] Ван, Дебин; Кодали, Вамси К.; Андервуд II, Уильям Д.; Ярвхольм, Йонас Э.; Окада, Такаши; Джонс, Саймон С.; Руми, Мариакристина; Дай, Жентинг; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет Р.; Кертис, Дженнифер Э.; Риедо, Элиза (2009). «Термохимическая нанолитография многофункциональных наношаблонов для сборки нанообъектов - Ван - 2009». Передовые функциональные материалы . 19 (23): 3696–3702. дои : 10.1002/adfm.200901057 .

[8] Кэрролл, Кейт М.; Джордано, Энтони Дж.; Ван, Дебин; Кодали, Вамси К.; Скримджер, Ян; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет Р.; Риедо, Элиза; Кертис, Дженнифер Э. (9 июля 2013 г.). «Изготовление наномасштабных химических градиентов с помощью термохимической нанолитографии». Ленгмюр . 29 (27): 8675–8682. дои : 10.1021/la400996w . ISSN 0743-7463 . ПМИД 23751047 .

[9] Вэй, Чжунцин; Ван, Дебин; Ким, Суэнн; Ким, Су-Янг; Ху, Йике; Якс, Майкл К.; Ларакуэнте, Арнальдо Р.; Дай, Жентинг; Мардер, Сет Р. (2010). «Наномасштабное настраиваемое восстановление оксида графена для графеновой электроники». Наука . 328 (5984): 1373–1376. Бибкод : 2010Sci...328.1373W . CiteSeerX 10.1.1.635.6671 . дои : 10.1126/science.1188119 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 20538944 . S2CID 9672782 .

[TCNL-apl12-10] Д. Ван; Т. Окада; Р. Шошкевич; СК Джонс; М. Лукас; Дж. Ли; В. П. Кинг; С.Р. Мардер; Э. Риедо (2007). «Модификация локальной смачиваемости с помощью термохимической нанолитографии с возможностью записи, чтения и перезаписи». Прил. Физ. Летт . 91 (24): 243104. Бибкод : 2007ApPhL..91x3104W . дои : 10.1063/1.2816401 . hdl : 1853/46618 .

[11] Ван, Дебин; Ким, Суэнн; II, Уильям Д. Андервуд; Джордано, Энтони Дж.; Хендерсон, Клиффорд Л.; Дай, Жентинг; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет Р.; Риедо, Элиза (07 декабря 2009 г.). «Прямое написание и характеристика наноструктур поли(п-фениленвинилена)». Письма по прикладной физике . 95 (23): 233108. Бибкод : 2009ApPhL..95w3108W . дои : 10.1063/1.3271178 . hdl : 1853/46878 . ISSN 0003-6951 .

[TCNL-afm2-12] Д. Ван; и др. (2009). «Термохимическая нанолитография многофункциональных наношаблонов для сборки нанообъектов». Адв. Функц. Мэтр . 19 (23): 3696–3702. дои : 10.1002/adfm.200901057 .

[13] Ким, Суэнн; Бастани, Ясер; Лу, Хайдун; Кинг, Уильям П.; Мардер, Сет; Сэндхейдж, Кеннет Х .; Груверман, Алексей; Риедо, Элиза; Бассири-Гарб, Назанин (2011). «Прямое изготовление сегнетоэлектрических наноструктур произвольной формы на подложках из пластика, стекла и кремния». Продвинутые материалы . 23 (33): 3786–90. дои : 10.1002/adma.201101991 . ПМИД 21766356 .

[14] Альбисетти, Э; Кэрролл, КМ; Лу, Х; Кертис, Дж. Э.; Петти, Д; Бертакко, Р; Риедо, Э (27 июня 2016 г.). «Термохимическая сканирующая зондовая литография белковых градиентов на наноуровне» . Нанотехнологии . 27 (31): 315302. Бибкод : 2016Nanot..27E5302A . дои : 10.1088/0957-4484/27/31/315302 . hdl : 11311/1004178 . ISSN 0957-4484 . ПМИД 27344982 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]