Design and fabrication of electrostatically actuated nanotweezers by guided self-assembly

Abstract

Objelerle nano metrik hassasiyetle etkileşim kabiliyeti olan nano ölçekli uçlara sahipNano-Elektro-Mekanik Sistemlerin (NEMS) nano bilim ve teknoloji alanlarında pekçok uygulaması bulunmaktadır. Bunların arasında, DNA molekülleri, karbon nanotüpler, nano teller ve nano parçacıklar gibi nano ölçekli objelerin tutulmasını vehareket ettirilmesini mümkün kılan nano cımbızların önemi büyüktür.Bu yüksek lisans tezi, elektrostatik hareket prensibi ile çalışan ve yönlendirilmişkendinden birleşme metodu ile üretilen nano tel uçlara sahip nano cımbızlarıntasarım ve üretimi ile ilgilidir. Başlıca amaç, işlem karmaşıklığını azaltacak ve olasıtasarım değişikliklerini mümkün kılacak şekilde, nano tellerin mikro elektronik ile tekbir üretim serisi içerisinde bütünleşmesini sağlamaktır. İkinci bir amaç ise, yüksekhassasiyetle kontrol sağlayan ve nano ölçekli uçlara sahip bir hareketmekanizmasının tasarımıdır.Bu tezin ana başarıları, (1) yönlendirilmiş kendinden birleşme yöntemi ile nano telüretimi için elekrodepozisyon işleminin optimizasyonu, (2) elektrostatik prensiplehareket eden taraklardan oluşan bir hareket mekanizmasının tasarım ve analizi, (3)nano cımbızlar için alternatif bir termal hareket mekanizmasının tasarım ve analizi,(4) nano cımbızların Kopenhag'daki, Danimarka Teknik Üniversitesi (DTU) Mikro veNano Teknoloji Departmanı'nda (MIC), üretilmesi ve (5) nano cımbızların mekaniktest ve karakterizasyonunun yine MIC ve Koç Üniversitesi (KU) temiz oda tesislerindegerçekleştirilmesi şeklinde sıralanabilir.

Nano-Electro-Mechanical Systems (NEMS) with nano-scale end-effectors, whichare capable of interacting with objects with nano-metric precision, have manyapplications in nano-science and technology. Among these, nanotweezers havea significant importance, which enable handling and manipulation of nano-scaleobjects such as DNA molecules, carbon nanotubes, nanowires and nanoparticles.This M.S. thesis deals with the design and fabrication of electrostatically actuatednanotweezers with nanowire end-effectors fabricated by guided self-assembly.Primary aim is achieving the integration of nanowires into microelectronics in asingle batch process, reducing process complexity and enabling possible designvariations. Secondary aim is the design of an actuation mechanism with nano-scale end-effectors and providing a high-precision control.Major accomplishments of this research can be listed as (1) optimization of theelectro-deposition process for nanowire fabrication by guided self-assembly, (2)design and analysis of an electrostatically driven comb actuation mechanism forthe nanotweezers, (3) design and analysis of an alternative thermal actuationmechanism for the nanotweezers and (4) fabrication of the nanotweezers in theDepartment of Micro and Nanotechnology (MIC) at Technical University ofDenmark (DTU), in Copenhagen and mechanical testing and characterization ofnanotweezers again at MIC and Koç University (KU) cleanroom facilities.