Abright-Idee für On-Demand-Nanostrukturen

Anonim

Fokussierte Elektronenstrahlen können gleichzeitig optisch aktive Nanokristalle synthetisieren und zu komplizierten Oberflächenanordnungen formen

Ein A * STAR-Team hat Zinksulfid- (ZnS-) Quantenpunkte in nanoskaligen Gittern und Anordnungen von linsenähnlichen Scheiben durch Elektronenstrahllithographie auf einem Mehrzweckdünnfilm gesammelt. Die photolumineszierenden Eigenschaften dieser Muster könnten sie zu nützlichen Komponenten in Anwendungen wie Biosensoren und Solarzellen machen.

Während einzelne ZnS-Nanopartikel aufgrund der Effekte der Quantenkopplung faszinierende optische Eigenschaften aufweisen, werden ihre Lichtemissionsfähigkeiten bei Anordnung in geordneten Anordnungen potenter. Anstelle von konventionellen Bottom-up-Ansätzen, die Nasschemikalien verwenden, um Nanopartikel-Ensembles auf Siliziumchips zu erzeugen, nähern sich viele Forscher nun diesem Problem von oben nach unten, verwenden nanoskalige Lithografie, um unerwünschtes Material abzuziehen und Quantenpunkte direkt auf Oberflächen zu schreiben.

Das Formen von Formen in Halbleiteroberflächen kleiner als 10 Nanometer ist eine besondere Expertise von MSM Saifullah vom A * STAR Institut für Materialforschung und -technik und Kollegen. Sie richten starke Elektronenstrahlen auf spezielle dünne Filme, so genannte "Resists", aus. Bereiche des Resists, die den fokussierten Strahlen ausgesetzt sind, unterliegen chemischen Veränderungen, die es winzigen Strukturen ermöglichen, an Ort und Stelle zu bleiben, während der umgebende Film von Lösungsmitteln weggespült wird.

Bei den meisten Elektronenstrahl-Lithographietechniken wird der strukturierte Resist auf ein anderes Substrat übertragen und ein chemischer Ätzschritt erzeugt die endgültigen nanoskaligen Formen. Saifullah und das Team hatten jedoch eine andere Strategie. "Wir haben einen Resist entwickelt, der sich unter dem Elektronenstrahl zersetzen und ein Metallsulfid bilden kann", bemerkt er. "Dies war eine Herausforderung, da die meisten Resists solche Funktionen nicht haben."

Das Team fand eine Verbindung namens Zinkbutylxanthat, die ihre Bedürfnisse erfüllen konnte. In diesem Molekül sind Zink- und Schwefelatome mit langkettigen organischen Gruppen verbunden, die möglicherweise durch die Energie eines Elektronenstrahls abgelöst werden können. Experimente mit dem neuen Resist bestätigten die Effizienz dieses Umwandlungsprozesses: Durch allmähliche Erhöhung der Elektronenbestrahlung wurde der Ausgangsfilm mit einer Umwandlungsrate von fast 100 Prozent in ZnS-Nanokristalle umgewandelt

Die von A * STAR geführten Forscher nutzten die Eigenschaften des Zink-Butylxanthat-Resists, um Linien aus ZnS-Nanokristallen mit Durchmessern von nur 6 Nanometern zu erzeugen. Dann, nach der Charakterisierung der Strukturen mit Elektronenmikroskopie, machten sie eine weitere zufällige Entdeckung - die Nanostrukturen emittierten helles photolumineszierendes Licht, wenn sie ultravioletter Strahlung ausgesetzt waren. Defekte auf den Nanokristalloberflächen wurden als Ursache für das neue optische Verhalten identifiziert.

"Das Schöne an photolumineszierenden ZnS-Nanokristallen ist, dass sie praktisch in jede beliebige Form gebracht werden können", sagt Saifullah. "In Zukunft möchten wir diese Nanostrukturen mit Plasmonik kombinieren."

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