Development of nanopatterns on self assembled monolayer (SAM) organic films using scanning probe microscope (SPM) nanolithography techique

Abstract

Nanodesenlerin yüzeyler üzerine üretilmesi ve fabrikasyonu nanometreölçe inde elektronik ve mekanik cihazların üretilmesinde oldukça önemlidir.Fotolitografi, elektron lithografi gibi kullanılan geçerli tekniklerin çözünürlük vekapasite özellikleri nanodesen üretimin sınırlandırmaktadır. Bu tekniklerden atomikboyutta sivri uç kullanılan taramalı uçlu mikroskop (SPM) lithografi tekni i, çe itliyüzeyler üzerine moleküler boyutta desen üretme kapasitesinden dolayı dikkatçekicidir. Dahası, SPM tekni i ile Kendinden Ba lanan Tek Katmanlı Organik(SAM) filmler üzerine moleküler hassasiyette nanodesenler yapmak ve görüntülemekmümkündür. Bu çalı mada; altın yüzeyleri üzerine nanoçizgiler ve titanyum yüzeyiüzerine oksitleme yöntemi ile desenler SPM lithografi yöntemlerine örnek olarakyapıldı. kinci a amada, Octadecylamine-HCl, Octadecanetiol (ODT) veDecylmercaptan (DM) organikleriyle mika, cam, titanyum ve çe itli silikon yüzeyleriüzerine SAM filmleri hazırlandı. Hazırlanan filmlerin kalınlıkları Atomik KuvvetMikroskobu (AFM) ile ölçüldü. AFM tipi ile uygulanan lokal kontak kuvvetinin SAMmoleküllerinin yer de i tirmesine neden olması ile SAM film yüzeyleri üzerindenanodesenler geli tirildi. Cam ve n tip silikon yüzeyleri üzerine organik kaplamayapılmadı ı ancak di er örneklerde kaplamalar yapıldı ı gözlendi. Üretilennanodesenler incelenerek derinlik ölçümleri yapıldı. Organiklerin boyları SPARTAM02 LINUX-UNIX programı yardımıyla ve PM3 methodu denen bir methodla ölçüldüve ölçülen derinlikler ile organiklerin hesaplanan boyları kar ıla tırılarak yüzeylerüzerinde tek katman olu turuldu u gözlendi.

Patterning and fabrication of nanostructures on surfaces is a great demand fornanoscale electronic and mechanical devices. Current techniques such as electronbeam lithography and photolithography provides limited resolution and they are notcapable of reproducible in nanoscale. Among those, Scanning Probe Microscopy(SPM) lithography that uses a nanometer sharpened tip has demonstratedoutstanding capabilities for nanometer level patterning on various surfaces.Moreover, SPM techniques offer creating nanopatterns of Self AssembledMonolayers (SAMs) with molecular precision and visualizing surfaces with thehighest spatial resolution. In this work, nanoscratches on gold surfaces and oxidationpatterns on titanium surface were successfully performed as example of SPMlithography. In the second stage, Octadecylamine-HCl, Octadecanetiol (ODT) andDecylmercaptan (DM) SAM organic films were fabricated on various substrates; i.e.,mica, silica, titanium surface deposited on silicon, n and p type silicon, using selfassembly film preparation techniques. The film thicknesses were measured withAtomic Force Microscope (AFM). Nanopatterns were fabricated on SAM films usingAFM tip by exerting a local high pressure at the contact that causes the displacementof SAM molecules by a high shear force. It was observed that there was no formationof SAMs on n type Si and silica substrates whereas there were organic assemblies onthe other substrates. Fabricated nanopatterns were examined and thicknessmeasurement was done. Molecular lengths of the organics were evaluated by using ofSPARTAM 02 LINUX-UNIX with the method of PM3 and the measured values werecompared with the calculated ones and it was concluded that monolayers wereformed on the surfaces.