BR102015031203A2

BR102015031203A2 - METAL DEVICE FOR SCANNING MICROSCOPY BY PROBE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME

Info

Publication number: BR102015031203A2
Application number: BR102015031203A
Authority: BR
Inventors: Jorio De Vasconcelos Ado; Santos De Oliveira Bruno; Soares Archanjo Bráulio; Alberto Achete Carlos; Gustavo De Oliveira Lopes Cançado Luiz; De Lourenço E Vasconcelos Thiago; Nunes Rodrigues Wagner
Original assignee: Instituto Nac De Metrologia Qualidade E Tecnologia Inmetro; Univ Minas Gerais
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2019-02-26

Abstract

dispositivo metálico para microscopia por varredura por sonda e método de fabricação do mesmo a presente invenção aborda um dispositivo metálico, para aplicações em microscopia por varredura por sonda, bem como um método de preparação do mesmo. referido dispositivo metálico compreende um corpo único (1) disposto em duas porções (2) e (3), sendo que a segunda porção (3) é uma ponta submicrométrica que define um ápice nanométrico, tal como uma pirâmide (4). a presente invenção também fornece um método de fabricação de um dispositivo metálico para microscopia por varredura por sonda.Metal probe scanning microscopy device and method of manufacture thereof The present invention relates to a metal device for probe scanning microscopy applications as well as a method of preparing it. said metal device comprises a single body (1) disposed in two portions (2) and (3), the second portion (3) being a submicrometer tip defining a nanometric apex such as a pyramid (4). The present invention also provides a method of manufacturing a metal probe scanning microscopy device.

Description

“DISPOSITIVO METÁLICO PARA MICROSCOPIA POR VARREDURA POR SONDA E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO” CAMPO DA INVENÇÃO"METAL DEVICE FOR SCAN MICROSCOPY BY PROBE AND MANUFACTURING METHOD" FIELD OF THE INVENTION

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo metálico e um método de fabricação do mesmo, para aplicações em microscopia de varredura por sonda. Mais precisamente é descrito um dispositivo metálico fabricado por técnicas litográficas com reprodutibilidade para aplicação como uma sonda reprodutível de alta eficiência, tal como uma sonda de alta eficiência óptica.[0001] The present invention relates to a metal device and a manufacturing method thereof for probe scanning microscopy applications. More precisely, a metal device manufactured by reproducible lithographic techniques for application as a high efficiency reproducible probe such as a high optical efficiency probe is described.

ESTADO DA TÉCNICATECHNICAL STATE

[0002] Microscópios ópticos convencionais apresentam resolução espacial limitada a aproximadamente λ/2, i. e, aproximadamente 300 nm no caso do uso de luz visível como fonte (sendo λ o comprimento de onda da luz incidente). Esse limite é dado pelo critério de Rayleigh, que é definido como a separação entre duas fontes pontuais de luz, tal que o principal máximo de difração de uma coincida com o primeiro mínimo de difração da outra.Conventional optical microscopes exhibit spatial resolution limited to approximately λ / 2, i. and approximately 300 nm in case of use of visible light as a source (λ being the wavelength of the incident light). This limit is given by the Rayleigh criterion, which is defined as the separation between two point light sources, such that the main diffraction maximum of one coincides with the first diffraction minimum of the other.

[0003] No entanto, uma resolução espacial superior a esse limite pode ser alcançada dentro do regime de campo próximo (near-field). Uma das formas de se realizar este tipo de experimento é através da utilização de uma sonda com ápice nanométrico para coletar parte da informação do regime de campo próximo e transmiti-la para o regime de campo distante. Desta forma, a sonda atua como uma nanoantena óptica. Em uma visão simplificada, uma fonte/coletor óptico nanométrico varre a amostra gerando uma imagem com a resolução definida pelo tamanho da fonte/coletor.However, a spatial resolution greater than this limit may be achieved within the near-field regime. One way to conduct this type of experiment is to use a nanometer-tipped probe to collect some near-field regime information and transmit it to the far-field regime. In this way, the probe acts as an optical nanoantena. In a simplified view, a nanometric optical source / collector scans the sample generating an image with the resolution defined by the source / collector size.

[0004] Recentemente elaborada, a Microscopia Óptica de Campo Próximo por varredura SNOM (sigla do inglês para Scanning Near-field Óptica! Microscopy, também chamada de NSOM, ou NFOM) é uma técnica que se utiliza desse mecanismo para gerar imagens combinadas à caracterização química e estrutural em escala nanométrica. Como um exemplo mais específico desse sistema, o TERS (sigla do inglês paraTip Enhanced Raman Spectroscopy, Chem. Phys. Lett. 335, 369-374, (2001)) utiliza o espalhamento Raman em regime de campo próximo para criar imagens de alta resolução espacial.Recently developed, SNOM Scanning Near Field Optical Microscopy (Optical Scanning Near-field! Microscopy, also called NSOM, or NFOM) is a technique that uses this mechanism to generate images combined with characterization. chemical and structural scale. As a more specific example of this system, TERS (Enhanced Raman Spectroscopy, Chem. Phys. Lett. 335, 369-374, (2001)) uses near-field Raman scattering to create high-resolution images. space

[0005] Apesar de seu grande potencial de aplicações, a técnica SNOM ainda não é aplicada rotineiramente em laboratórios devido à dificuldade de fabricação de pontas com alta reprodutibilidade, boa eficiência óptica, estabilidade mecânica e ápice nanométrico, os quais são parâmetros imprescindíveis para a sua aplicação como sondas no sistema SNOM.Despite its great potential for applications, the SNOM technique is not yet routinely applied in laboratories due to the difficulty of making high reproducible tips, good optical efficiency, mechanical stability and nanometric apex, which are essential parameters for its use. application as probes in the SNOM system.

[0006] Assim, diferentes tipos de sondas têm sido propostas ao longo das três últimas décadas.Thus, different types of probes have been proposed over the last three decades.

[0007] Historicamente, as primeiras sondas eram constituídas por fibras ópticas com extremidade afinada, dotada de abertura final de dezenas de nanômetros. Outras sondas similares compreendem pontas dielétricas transparentes com cobertura metálica. O sistema que utiliza esse tipo de sonda é chamado de SNOM por abertura (aperture-SNOM), ressaltando o fato de essas sondas apresentarem uma abertura em seu ápice por onde a luz é transmitida.Historically, the first probes consisted of sharpened-end optical fibers, with a final opening of tens of nanometers. Other similar probes comprise transparent dielectric tips with metallic cover. The system that uses this type of probe is called aperture-SNOM, highlighting the fact that these probes have an opening at their apex through which light is transmitted.

[0008] Porém, esse tipo de estrutura apresenta uma grande desvantagem: a potência transmitida pela fibra óptica decai exponencialmente com o seu diâmetro. Por essa razão, esses sistemas de SNOM por abertura apresentam resolução espacial da ordem de 50 a 100 nm e ainda são limitadas para aplicações onde o sinal analisado é muito intenso, como por exemplo, a fotoluminescência.However, this type of structure has a major disadvantage: the power transmitted by the optical fiber decays exponentially with its diameter. For this reason, these aperture SNOM systems have spatial resolution of the order of 50 to 100 nm and are still limited for applications where the signal analyzed is very intense, such as photoluminescence.

[0009] As melhores resoluções e eficiências ópticas alcançadas foram obtidas pelo uso de sondas metálicas sem abertura, mais especificamente de metais nobres (Hartschuhet ai, Phys. Rev. Lett. 90, 2003). O sistema que utiliza esse tipo de sonda é chamado de SNOM por espalhamento (scattering-type SNOM - s-SNOM) ou SNOM sem abertura (apertureless SNOM), doravante SNOM.The best resolutions and optical efficiencies achieved were obtained by the use of non-aperture metal probes, specifically noble metals (Hartschuhet, Phys. Rev. Lett. 90, 2003). The system that uses this type of probe is called either scattering-type SNOM (s-SNOM) or apertureless SNOM, henceforth SNOM.

[00010] Nesses dispositivos o mecanismo físico que leva à utilização da informação do campo próximo se difere do mecanismo regente na sonda para SNOM por abertura. Basicamente a luz incidente (fonte de luz ou sinal da amostra) faz oscilar coletivamente e coerentemente os elétrons livres da sonda metálica na interface com o meio. Devido ao efeito de pontas (lightning-rod effect), i.e,, aumento da densidade eletrônica no ápice das sondas que ocorre devido ao formato cônico, piramidal ou pontiagudo de sua grande maioria, uma absorção óptica é observada nas proximidades do ápice das mesmas levando a um aumento do sinal óptico analisado. Assim, diferentemente da fibra óptica, quanto menor for o ápice da sonda metálica, maior será a eficiência óptica e melhor será a resolução espacial alcançada. No entanto, o aumento de sinal gerado apenas pelo efeito de pontas não é suficiente para a maioria das aplicações em SNOM.In such devices the physical mechanism leading to the use of near field information differs from the ruling mechanism in the SNOM probe by aperture. Basically the incident light (light source or sample signal) collectively and coherently oscillates the free electrons of the metal probe at the interface with the medium. Due to the lightning-rod effect, ie, an increase in the electron density at the apex of the probes that occurs due to the conical, pyramidal or pointed shape of the vast majority, optical absorption is observed near the apex of the probes. to an increase of the analyzed optical signal. Thus, unlike optical fiber, the smaller the apex of the metal probe, the greater the optical efficiency and the better the spatial resolution achieved. However, the increase in signal generated by the spike effect alone is not sufficient for most SNOM applications.

[00011] Por outro lado, oscilações eletrônicas coerentes podem ocorrer de forma ressonante ao excitar o plasmon de superfície. Trata-se de uma solução da equação de onda e portanto o plasmon de superfície é uma onda propagante na superfície do metal. O resultado de sua excitação em uma ponta metálica é um forte efeito óptico localizado no ápice da sonda devido à alta variação da densidade eletrônica nesse ponto. Intensos fatores de aumento de sinal podem ser observados ao aplicar uma sonda que apresenta ressonância de plasmon de superfície em um sistema SNOM.On the other hand, coherent electronic oscillations can occur resonantly when exciting surface plasmon. It is a solution of the wave equation and therefore the surface plasmon is a propagating wave on the metal surface. The result of its excitation on a metal tip is a strong optical effect located at the apex of the probe due to the high variation in electron density at that point. Intense signal enhancement factors can be observed when applying a probe that has surface plasmon resonance in a SNOM system.

[00012] O problema atual relativo às sondas de SNOM reside na falta de reprodutibilidade na fabricação de boas pontas, i. e., sondas que geram suficiente aumento de campo elétrico na proximidade de seu ápice nanométrico. A dificuldade na produção de boas sondas começa pelo fato de apenas sondas de metais nobres gerarem o efeito plasmônico desejado para a funcionalidade da técnica. Pontas feitas desses metais, com ápice nanométrico, são difíceis de serem fabricadas com reprodutibilidade. Mas o problema se agrava ao notar-se que mesmo selecionando pontas de ouro morfologicamente adequadas, por meio de inspeção utilizando microscopia eletrônica de varredura, apenas 20% se mostravam opticamente ativas, i.e., passíveis de serem usadas como sondas em SNOM (Hartschuhet al., J. of Microscopy, 210, 234-240 (2003)).[00012] The current problem with SNOM probes is the lack of reproducibility in the manufacture of good tips, i. e., probes that generate sufficient electric field increase near their nanometric apex. The difficulty in producing good probes begins with the fact that only noble metal probes generate the desired plasmon effect for the functionality of the technique. Tips made of these metals, with a nanometer apex, are difficult to reproducibly manufacture. But the problem is aggravated by the fact that even selecting morphologically suitable gold tips by inspection using scanning electron microscopy, only 20% were optically active, ie, capable of being used as probes in SNOM (Hartschuhet al. , J. of Microscopy, 210, 234-240 (2003)).

[00013] A publicação de N. Mauser, e co-autores (N. Mauseret al., Chemical Society reviews, 43, 1248-1262 (2014)), comenta que estes fracos aumentos de sinal gerados nas sondas mais comumente usadas são consequência da não excitação de plasmon de superfície na ponta, tendo o aumento ligado apenas ao efeito de pontas (lightning-rod effect).The publication of N. Mauser, and coauthors (N. Mauseret al., Chemical Society reviews, 43, 1248-1262 (2014)), commented that these weak signal increases generated in the most commonly used probes are a consequence of non-excitation of surface plasmon at the tip, the increase being linked only to the lightning-rod effect.

[00014] De fato, nota-se que boa parte dos artigos publicados na área de microscopia óptica em campo-próximo está relacionada com a produção e caracterização dos dispositivos/sondas de varredura (Lambelet P., et al, AppIiedOptics, 37(31), 7289-7292 (1998); Ren, B., Picardi G., Pettinger, B., Rev. Sei. Instrum. 75, 837 (2004); Bharadwaj, P., Deutsch B., Novotny, L., Adv. Opt. Photon. 1, 438 - 483 (2009)).Alguns artigos ainda dedicam-se à aplicação do conceito de excitação de plasmon de superfície objetivando a melhora da eficiência óptica (L Novotnyetal.,Nature Photonics,5, 83-90 (2011); P. Bharadwaj et ai, Optics Express, 15, 14266-14274 (2007); M. Fleischer et ai, ACS Nano, 5, 2570-2579(2011); T. H. Taminiau et ai, Nano Letters 7, 28-33 (2007); L. Neumann et ai, Nano Letters, 13, 5070-5074 (2013); F. Huth,NanoLetters, 13, 1065-1072(2013); S. Schmidt, et ai, ACS Nano, 6, 6040-6048 (2012)). No entanto, nenhuma das publicações apresenta algum mecanismo de controle da energia de absorção óptica ressoante que seja compatível à reprodutibilidade e factibilidade industrial.Indeed, it is noted that much of the articles published in the field of near-field optical microscopy are related to the production and characterization of scanning devices / probes (Lambelet P., et al, AppIiedOptics, 37 (31 ), 7289-7292 (1998); Ren, B., Picardi G., Pettinger, B., Rev. Sci. Instrum. 75, 837 (2004); Bharadwaj, P., Deutsch B., Novotny, L., Adv. Opt. Photon, 1, 438 - 483 (2009) .Some articles are still devoted to the application of the surface plasmon excitation concept aiming at improving optical efficiency (L Novotnyetal., Nature Photonics, 5, 83- 90 (2011); P. Bharadwaj et al., Optics Express, 15, 14266-14274 (2007); M. Fleischer et al., ACS Nano, 5, 2570-2579 (2011); TH Taminiau et al. Nano Letters 7, 28-33 (2007); L. Neumann et al., Nano Letters, 13, 5070-5074 (2013); F. Huth, NanoLetters, 13, 1065-1072 (2013); S. Schmidt, et al., ACS Nano, 6, 6040-6048 (2012)). However, none of the publications has any resonant optical absorption energy control mechanism that is compatible with reproducibility and industrial feasibility.

[00015] O estado da técnica para métodos de fabricação de estruturas metálicas de sondas demonstra algumas técnicas, tal como aquela descrita pelo WO2010/065071 sobre um método de fabricação deste tipo de estrutura, com base em métodos de modelagem para replicar filmes metálicos a partir de um substrato para produção de dispositivos plasmônicos e meta materiais. Esse processo de produção aborda um molde reutilizável que fornece uma pluralidade de estruturas.The state of the art for metal probe fabrication methods demonstrates some techniques, such as that described by WO2010 / 065071 on a fabrication method for this type of structure, based on modeling methods for replicating metal films from of a substrate for the production of plasmonic devices and meta materials. This production process addresses a reusable mold that provides a plurality of structures.

[00016] Considerando ainda o aspecto de reprodutibilidade da morfologia de sondas de SNOM, uma técnica de fabricação das mesmas foi reportada recentemente por Johnson et al (ACS Nano, 2012). Essa técnica, chamada de pirâmides de ouro retiradas de molde (do inglês: template stripped gold pyramid), baseia-se na fabricação, por litografia óptica, de micro-pirâmides ocas de ouro.Also considering the reproducibility aspect of SNOM probe morphology, a technique of making them has recently been reported by Johnson et al (ACS Nano, 2012). This technique, called mold stripped gold pyramids, is based on the optical lithography fabrication of hollow gold pyramids.

[00017] A referida técnica de fabricação de sondas também foi largamente discutida em outros documentos como em J. Henzie, et ai, (Nano Letters, 2005), ou em P. Nagpal, et ai, (Science, 2009). Em Johnson etal(ACS Nano, 2012) é reportado que essas pirâmides apresentam boa resolução espacial e aceitável aumento de sinal quando aplicadas como sondas em SNOM.Said probe manufacturing technique has also been widely discussed in other documents as in J. Henzie, et al., (Nano Letters, 2005), or in P. Nagpal, et al. (Science, 2009). In Johnson etal (ACS Nano, 2012) it is reported that these pyramids present good spatial resolution and acceptable signal increase when applied as probes in SNOM.

[00018] Em consonância às técnicas acima descritas, os documentos de patentes W02014003843 e W02014003901 também descrevem métodos de fabricação de estruturas únicas de pontas metálicas nanométricas a partir de um suporte que contém uma pluralidade de moldes em que as estruturas piramidais únicas ou ligadas a uma alavanca são criadas de forma invertida por meio de técnicas gerais de litografia.In accordance with the techniques described above, patent documents W02014003843 and W02014003901 also disclose methods of fabricating single nanometer metal spike structures from a support containing a plurality of molds in which single pyramidal structures are attached to or attached to one another. Lever levers are created upside down through general lithography techniques.

[00019] No entanto, esses métodos são capazes de produzir apenas uma estrutura piramidal única e contínua, e que portanto, não apresenta estrutura ou limite em sua superfície na escala submicrométrica que propicie o confinamento plasmônico na região visível e infravermelho próximo do espectro eletromagnético. Assim, as pirâmides obtidas por tais métodos não apresentam ressonância de plasmon de superfície. O resultado é uma baixa eficiência óptica do dispositivo.However, these methods are capable of producing only a single continuous pyramidal structure, and which therefore has no structure or boundary on its surface on the submicrometer scale that provides for plasmatic confinement in the visible and infrared region near the electromagnetic spectrum. Thus, the pyramids obtained by such methods do not present surface plasmon resonance. The result is a low optical efficiency of the device.

[00020] Os documentos referidos acima focam na preparação de estruturas contendo pirâmides únicas as quais não são capazes de promover o confinamento plasmônico e com isso garantir alta eficiência óptica.The above documents focus on the preparation of structures containing unique pyramids which are not capable of promoting plasmatic confinement and thereby ensuring high optical efficiency.

[00021] Nesse ponto é importante ressaltar que o que agrava o problema da qualidade da sonda para a SNOM é que sua eficiência óptica está condicionada ao acoplamento da luz incidente com o plasmon de superfície da mesma. Basicamente, na faixa do visível e infravermelho próximo, uma diferença considerável entre o vetor de onda da luz incidente e do plasmon de superfície inibe sua conversão direta.At this point it is important to point out that what aggravates the probe quality problem for SNOM is that its optical efficiency is dependent upon the coupling of incident light with its surface plasmon. Basically, in the visible and near infrared range, a considerable difference between the incident light and surface plasmon wave vector inhibits their direct conversion.

[00022] Uma forma de promover o acoplamento luz/plasmon de forma eficiente seria pela utilização da chamada ressonância de plasmon de superfície localizada - LSPR (da sigla em inglês, Localized Surface Plasmon Resonance). Esse tipo de ressonância de plasmon ocorre em nanoestruturas de dimensões inferiores ao do comprimento de onda da luz incidente, portanto estruturas submicrométricas para a faixa do visível e infravermelho próximo. Suas principais características são: (i) sua energia de ressonância depende fortemente de sua geometria, podendo ser escalada proporcionalmente com alguma dimensão do objeto; (ii) a ressonância pode ser excitada por luz de forma direta e eficiente; (iii) a ressonância causa o aumento do campo elétrico nas suas extremidades (áreas ópticamente ativas).One way to efficiently promote light / plasmon coupling would be to use the so-called localized surface plasmon resonance (LSPR). This type of plasmon resonance occurs in nanostructures smaller than the wavelength of the incident light, thus submicron structures for the visible and near infrared range. Its main characteristics are: (i) its resonance energy strongly depends on its geometry and can be scaled proportionally with some object dimension; (ii) the resonance can be excited by light directly and efficiently; (iii) resonance causes the increase of the electric field at its extremities (optically active areas).

[00023] Recentemente, os inventores da presente invenção demonstraram por meio da referência aqui incorporada, T. L. Vasconcelos, et al., (ACS Nano 2015), que quando LSPR é aplicado em sondas de SNOM, a eficiência óptica pode ser melhorada por um fator maior que 5. Nesse trabalho referenciado, os autores mostram que uma ranhura próxima do ápice da sonda é fundamental ao confinamento de plasmons de superfície (LSPR), o que gera uma absorção óptica ressonante na sonda. É apresentado também que a energia de ressonância de absorção óptica depende da distância do corte ao ápice, sendo igual à energia do laser HeNe (largamente usado na técnica de SNOM) quando a ranhura em uma sonda de ouro é feita a aproximadamente 240 nm de seu ápice. Assim, o trabalho aponta para a seguinte conclusão: a absorção óptica na sonda será ressonante (alta eficiência óptica) quando houver um limitante (no caso a ranhura) em sua superfície. O limitante, por sua vez, deverá estar posicionado a distâncias submicrométricas do ápice da sonda, sendo ótimo a 240 nm do ápice de uma sonda de ouro quando o laser HeNe é utilizado no sistema SNOM.Recently, the inventors of the present invention have demonstrated by reference incorporated herein, TL Vasconcelos, et al. (ACS Nano 2015), that when LSPR is applied to SNOM probes, optical efficiency can be improved by a factor. greater than 5. In this referenced work, the authors show that a groove near the apex of the probe is fundamental to surface plasmon confinement (LSPR), which generates resonant optical absorption in the probe. It is also presented that the optical absorption resonance energy depends on the distance from the cut to the apex, being equal to the HeNe laser energy (widely used in the SNOM technique) when the slot in a gold probe is made approximately 240 nm from its apex. Thus, the work points to the following conclusion: the optical absorption in the probe will be resonant (high optical efficiency) when there is a limiter (in this case the groove) on its surface. The limiter, in turn, should be positioned at submicometric distances from the probe apex, being optimal at 240 nm from the apex of a gold probe when the HeNe laser is used in the SNOM system.

[00024] Consequentemente, é desejável desenvolver dispositivos com estruturas submicrométricas que sejam aptos a prover alta eficiência óptica pela criação de um efeito de ressonância de plasmon de superfície localizado, bem como métodos para a fabricação dessas estruturas que agreguem alta reprodutibilidade, uniformidade e fabricação em larga escala, e que possibilitem a sintonização das energias de ressonância (ótimos de eficiência óptica) por meio da alteração de parâmetros estruturais.Accordingly, it is desirable to develop devices with submicrometric structures that are capable of providing high optical efficiency by creating a localized surface plasmon resonance effect, as well as methods for the fabrication of such structures that add high reproducibility, uniformity and fabrication. that allow the tuning of resonance energies (optimum optical efficiency) by changing structural parameters.

[00025] Para superar os problemas e deficiências do estado da técnica a presente invenção descreve um dispositivo para varredura de sonda, principalmente destinado à microscopia e espectroscopia óptica que é capaz de gerar aumento de densidade eletrônica em seu ápice e o confinamento plasmônico, fornecendo assim um dispositivo de alta eficiência óptica. Esses resultados são conseguidos pela construção estrutural deste dispositivo que será melhor descrito adiante.In order to overcome the problems and shortcomings of the state of the art, the present invention describes a probe scanning device, primarily intended for microscopy and optical spectroscopy which is capable of generating electron density increase at its apex and plasmic confinement, thus providing a high optical efficiency device. These results are achieved by the structural construction of this device which will be further described below.

[00026] Em continuidade, a presente invenção provê um método de fabricação do dispositivo da presente invenção de alta reprodutibilidade e possível de ser produzido em escala industrial de forma rápida e eficiente.In continuity, the present invention provides a method of manufacturing the device of the present invention of high reproducibility and which can be produced on an industrial scale quickly and efficiently.

SUMÁRIOSUMMARY

[00027] Assim, a presente invenção proporciona avanços em relação às técnicas convencionais de fabricação e modelagem de dispositivos, bem como os dispositivos utilizados para microscopia por varredura de sonda, tal como dispositivos utilizados para microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo.Thus, the present invention provides advancements over conventional device manufacturing and modeling techniques as well as devices used for probe scan microscopy, such as devices used for near field optical microscopy and spectroscopy.

[00028] Desse modo, um primeiro objetivo da presente invenção é proporcionar um dispositivo metálico para microscopia por varredura de sonda.Thus, a first object of the present invention is to provide a metal probe scanning microscopy device.

[00029] É outro objetivo da presente invenção, proporcionar um dispositivo metálico para microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo, tal como uma sonda, de alta eficiência óptica.It is another object of the present invention to provide a metal device for near field optical microscopy and spectroscopy, such as a probe, of high optical efficiency.

[00030] É outro objetivo da presente invenção, proporcionar um método de fabricação de dispositivos metálicos para microscopia por varredura de sonda.It is another object of the present invention to provide a method of fabricating metal probe scanning microscopy devices.

[00031] É outro objetivo da presente invenção, proporcionar um método de fabricação de dispositivos metálicos para microscopia e espectroscopia óptica.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing metal devices for optical microscopy and spectroscopy.

[00032] É outro objetivo da presente invenção, proporcionar um método de fabricação de dispositivos metálicos para microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo, tal como uma sonda.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing metal devices for near field optical microscopy and spectroscopy, such as a probe.

[00033] Vantajosamente a presente invenção provê um dispositivo metálico capaz de gerar um confinamento plasmônico conferindo a eficiência óptica desejada em microscopia por varredura de sonda, especificamente em microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo, fornecendo, portanto, um dispositivo de alta qualidade que supera aqueles do estado da técnica.Advantageously the present invention provides a metallic device capable of generating a plasmon confinement giving the desired optical efficiency in probe scanning microscopy, specifically near-field optical microscopy and spectroscopy, thus providing a high quality device that surpasses those of the state of the art.

[00034] Além disso, a presente invenção é capaz de prover um método de fabricação do referido dispositivo acima mencionado, que oferece reprodutibilidade e também produção em larga escala de dispositivo de alta qualidade e eficiência óptica para microscopia por varredura de sonda, tal como microscopia e espectroscopia óptica.Furthermore, the present invention is capable of providing a method of manufacturing said aforementioned device which offers reproducibility as well as large scale production of high quality device and optical efficiency for probe scanning microscopy such as microscopy. and optical spectroscopy.

[00035] Outros objetivos e vantagens da presente invenção ficarão mais evidentes a partir da seguinte descrição e Figuras anexas, que não se destinam a limitar o âmbito da presente descrição.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following description and the accompanying Figures, which are not intended to limit the scope of the present disclosure.

[00036] De forma geral, a presente invenção descreve um dispositivo metálico para microscopia por varredura de sonda, preferencialmente microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo, que compreende um corpo único disposto em duas porções, sendo que a segunda porção é uma ponta submicrométrica que define um ápice nanométrico, tal como uma pirâmide, um cone e estruturas semelhantes. A primeira porção do corpo único do dispositivo da presente invenção é formada por duas bases paralelas entre si, sendo que uma primeira base possui uma área maior do que uma segunda base; na segunda base localiza-se a segunda porção, que pode se conectar opcionalmente à primeira porção por meio de uma extensão.Generally, the present invention describes a metal probe scanning microscopy device, preferably near field optical microscopy and spectroscopy, which comprises a single body arranged in two portions, the second portion being a submicron tip which defines a nanometric apex, such as a pyramid, a cone and similar structures. The first single body portion of the device of the present invention is formed by two bases parallel to each other, a first base having an area larger than a second base; in the second base is located the second portion, which may optionally connect to the first portion by extension.

[00037] Essa segunda porção apresenta uma ponta submicrométrica com dimensão e configuração que favorece a ressonânciade LSPR e consequentemente o aumento de sinal óptico produzido pelo dispositivo ao ser aplicado como sonda de microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo.This second portion has a submicrometer tip with size and configuration which favors the resonance of LSPR and consequently the increase of optical signal produced by the device when applied as a near field optical and spectroscopy probe.

[00038] Em um segundo aspecto, a presente invenção descreve um método de fabricação de dispositivos metálicos para microscopia por varredura de sonda, tal como microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo, baseado no fornecimento de uma primeira cobertura, tal como uma máscara sobre um substrato de silício, o qual sofre um primeiro processo de litografia, sob condições reacionais controladas, que se encerra na formação de uma cavidade com forma e dimensões específicas; a formação de uma segunda cobertura sobre a cavidade formada na etapa anterior que expõe um segundo substrato que irá sofrer um segundo processo litográfico.In a second aspect, the present invention describes a method of fabricating metal probe scanning microscopy devices, such as near-field optical microscopy and microscopy, based on providing a first cover, such as a mask over a silicon substrate, which undergoes a first lithography process under controlled reaction conditions, which entails the formation of a cavity of specific shape and size; forming a second cover over the cavity formed in the previous step which exposes a second substrate that will undergo a second lithographic process.

[00039] O método da presente invenção possibilita o dimensionamento do tamanho da pirâmide submicrométrica localizada na extremidade ou segunda porção do dispositivo. Consequentemente, o método possibilita o ajuste fino da faixa de energia de absorção óptica do dispositivo.The method of the present invention enables sizing of the size of the submicron pyramid located at the end or second portion of the device. Accordingly, the method enables fine tuning of the optical absorption energy range of the device.

DESCRIÇÃO DAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES

[00040] As Figuras anexas são incluídas para fornecer um melhor entendimento da matéria e são aqui incorporadas por constituírem parte desta especificação, bem como ilustram formas de realização da presente invenção e, em conjunto com a descrição e as reivindicações anexas, servem para explicar os princípios da presente invenção.The accompanying Figures are included to provide a better understanding of the subject matter and are incorporated herein by being part of this specification, as well as illustrating embodiments of the present invention and, together with the accompanying description and claims, serve to explain the following. principles of the present invention.

[00041] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma modalidade de realização do dispositivo da presente invenção.Figure 1 is a schematic illustration of an embodiment of the device of the present invention.

[00042] A Figura 2 é uma ilustração esquemática da vista superior de uma modalidade de realização do dispositivo da presente invenção.Figure 2 is a schematic top view illustration of one embodiment of the device of the present invention.

[00043] A Figura 3a é uma ilustração esquemática da seção transversal lateral de uma modalidade de realização do dispositivo da presente invenção.[00043] Figure 3a is a schematic illustration of the side cross section of one embodiment of the device of the present invention.

[00044] A figura 3b é uma ilustração esquemática da seção transversal lateral de outra modalidade de realização do dispositivo da presente invenção.Figure 3b is a schematic side cross-sectional illustration of another embodiment of the device of the present invention.

[00045] A Figura 3c é uma ilustração esquemática da seção transversal lateral de um dispositivo do estado da técnica.Figure 3c is a schematic illustration of the lateral cross section of a prior art device.

[00046] As Figuras 4a-4k são ilustrações esquemáticas de formas de realização das etapas que compõem o método de fabricação da presente invenção.Figures 4a-4k are schematic illustrations of embodiments of the steps comprising the manufacturing method of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[00047] Características e vantagens adicionais da invenção serão apresentadas na descrição detalhada que se segue e em parte serão prontamente evidentes para os peritos na técnica a partir desta descrição ou reconhecidas pelas práticas das formas de realização, tal como aqui descrito, incluindo a descrição detalhada, o resumo, as reivindicações, assim como os desenhos anexos.Additional features and advantages of the invention will be set forth in the following detailed description and in part will be readily apparent to those skilled in the art from this description or recognized by the practices of the embodiments as described herein, including the detailed description. , the summary, the claims, as well as the accompanying drawings.

[00048] Deve ser entendido que tanto a descrição geral anterior quanto a seguinte descrição detalhada e as formas de realização da invenção destinam-se a proporcionar uma visão geral ou estrutura para compreender a natureza e caráter do invento tal como é reivindicado. As figuras anexas são incluídas para proporcionar uma maior compreensão do invento e constituem uma parte desta especificação. As figuras ilustram várias formas de realização da presente descrição e em conjunto com a mesma, servem para explicar os princípios e o funcionamento da divulgação. Características mostradas nas figuras são ilustrativas de modalidades de realização selecionadas da presente invenção e não são necessariamente representadas na escala correta.It should be understood that both the foregoing general description and the following detailed description and embodiments of the invention are intended to provide an overview or structure for understanding the nature and character of the invention as claimed. The accompanying figures are included to provide a greater understanding of the invention and form part of this specification. The figures illustrate various embodiments of the present description and together with it, serve to explain the principles and operation of the disclosure. Features shown in the figures are illustrative of selected embodiments of the present invention and are not necessarily represented on the correct scale.

[00049] Ao longo desta especificação, o termo "compreendem", ou variações tais como "compreende" ou "compreendendo", deve ser entendido como implicando a inclusão de um elemento declarado, inteiro ou passo, ou grupo de elementos, inteiros ou passos, mas não a exclusão de qualquer outro elemento, inteiro ou passo, ou grupo de elementos, inteiros ou passos.Throughout this specification, the term "comprising", or variations such as "comprising" or "comprising", shall be understood to include the inclusion of a declared element, integer or step, or group of elements, integers or steps. , but not excluding any other element, integer or step, or group of elements, integers or steps.

[00050] Para alcançar os objetivos preliminarmente mencionados, é proporcionado de acordo com a presente invenção um dispositivo metálico para aplicações em microscopia por varredura por sonda e um método de fabricação do mesmo que agregam, de forma vantajosa, tanto os efeitos de aumento da densidade eletrônica no ápice formado, bem como aqueles advindos da excitação de plasmon da superfície do ápice formado, resultando assim, em um dispositivo de alta qualidade de eficiência óptica.In order to achieve the above mentioned objectives, there is provided in accordance with the present invention a metal device for probe scanning microscopy applications and a method of fabrication thereof which advantageously aggregate both the effects of increasing density. electronics at the formed apex, as well as those arising from plasmon excitation from the surface of the formed apex, thus resulting in a high quality optical efficiency device.

[00051] Referência será feita agora em detalhe às formas de realização ilustrativas, selecionadas da divulgação. Sempre que possível, os mesmos numerais de referência serão utilizados por todos os desenhos para referir às mesmas partes ou semelhantes.Reference will now be made in detail to the illustrative embodiments selected from the disclosure. Wherever possible, the same reference numerals will be used by all drawings to refer to the same or like parts.

[00052] Assim, a presente invenção aborda um dispositivo metálico que compreende um corpo único (1), disposto em uma primeira porção (2) e uma segunda porção (3), sendo que a segunda porção é uma ponta submicrométrica que define um ápice nanométrico.Thus, the present invention relates to a metal device comprising a single body (1) disposed in a first portion (2) and a second portion (3), the second portion being a submicrometer tip defining an apex. nanometric.

[00053] A primeira porção (2) do corpo único (1) do dispositivo da presente invenção é formada por duas bases (8) e (6), paralelas entre si, sendo que uma primeira base (8) possui uma área maior do que uma segunda base (6); a segunda porção (3) localiza-se na segunda base (6), tal que a segunda base (6) atua como um plateau para a segunda porção (3).The first portion (2) of the single body (1) of the device of the present invention is formed by two bases (8) and (6), parallel to each other, with a first base (8) having a larger area of that a second base (6); the second portion (3) is located on the second base (6) such that the second base (6) acts as a plateau for the second portion (3).

[00054] As bases (8) e (6) podem ser de diferentes formas, como por exemplo, tendo pelo menos 3 lados ou uma circunferência.The bases (8) and (6) may be of different shapes, for example having at least 3 sides or a circumference.

[00055] A segunda base (6) está disposta a uma distância G da primeira base (8), sendo que G varia de 0,5 pm a 250 pm, sendo preferencialmente 10 pm.The second base (6) is arranged at a distance G from the first base (8), where G ranges from 0.5 pm to 250 pm, preferably 10 pm.

[00056] A dimensão H da primeira base (8), varia de 3 pm a 300 pm, sendo preferencialmente 22 pm.The dimension H of the first base (8) ranges from 3 pm to 300 pm, preferably 22 pm.

[00057] A dimensão N da segunda base (6) varia de 0,5 pm a 10 pm, sendo preferencialmente 2 pm.The dimension N of the second base (6) ranges from 0.5 pm to 10 pm, preferably 2 pm.

[00058] A segunda porção (3) é formada por uma pirâmide (4) submicrométrica com um ápice ou vértice (7) de tamanho nanométrico. A pirâmide (4) pode ter uma base de pelo menos 3 lados ou uma circunferência, independentemente da forma das bases (8) e (6). A dimensão B da base da pirâmide (4) pode ter um lado ou diâmetro de 50 nm a 1000 nm, sendo preferencialmente 270 nm.[00058] The second portion (3) is formed by a submicron pyramid (4) with a nanometer-sized apex or vertex (7). Pyramid (4) may have a base of at least 3 sides or a circumference, regardless of the shape of the bases (8) and (6). The dimension B of the base of the pyramid (4) may have a side or diameter of 50 nm to 1000 nm, preferably 270 nm.

[00059] Essa segunda porção (3) pode ser posicionada em qualquer parte da segunda base (6) da primeira porção do dispositivo (1).That second portion (3) may be positioned anywhere on the second base (6) of the first portion of the device (1).

[00060] Nesse ponto é importante destacar que a base (6) forma um plateau à segunda porção (3), que faz com que seja possível ter uma dobra ou quina (9) que é a responsável pela criação de um confinamento plasmônico à pirâmide (4) da segunda porção (3).At this point it is important to note that the base (6) forms a plateau to the second portion (3), which makes it possible to have a fold or corner (9) which is responsible for creating a pyramid confinement to the pyramid. (4) of the second portion (3).

[00061] O confinamento plasmônico que é devido a essa construção estrutural gera a ressonância de LSPR e o aumento do sinal ópitico.The plasmonic confinement that is due to this structural construction generates the LSPR resonance and the increase of the optical signal.

[00062] Assim, a conformação estrutural do dispositivo da presente invenção reúne a sinergia de efeitos do aumento da densidade eletrônica no ápice da pirâmide (4) com o confinamento plasmônico que é gerado com a formação da quina ou dobra (9) entre o plateau (6) e a segunda porção (3), provendo alta eficiência óptica a esse dispositivo.Thus, the structural conformation of the device of the present invention brings together the synergy of effects of increasing electronic density at the apex of the pyramid (4) with the plasmatic confinement that is generated with the formation of the corner or bend (9) between the plateau. (6) and the second portion (3), providing high optical efficiency to this device.

[00063] Adicionalmente, a segunda porção (3) pode compreender ainda uma extensão (5).Additionally, the second portion (3) may further comprise an extension (5).

[00064] A extensão (5) faz a conexão entre a pirâmide (4) e a segunda base (6) ou plateau.The extension (5) makes the connection between the pyramid (4) and the second base (6) or plateau.

[00065] A extensão (5) tem uma dimensão P que varia de 10 nm a 500 nm, sendo preferencialmente 100 nm.Extension (5) has a dimension P ranging from 10 nm to 500 nm, preferably 100 nm.

[00066] O fornecimento da extensão (5) pode prover facilidades à manipulação do dispositivo, uma vez que essa construção (5) permite uma maior liberdade de ação da ponta. Como a primeira porção (2) do dispositivo (1) é maior que a segunda porção, a ausência da extensão (5) irá restringir o ângulo entre a sonda e a amostra à aproximadamente 90° (aproximação sonda/amostra perpendicular). A extensão (5) portanto permite uma maior liberdade de atuação sonda amostra, podendo inclusive a sonda ser aproximada à amostra em inclinação diferente de 90°.The provision of extension (5) may provide facilities for manipulation of the device as such construction (5) allows greater freedom of action of the tip. As the first portion (2) of device (1) is larger than the second portion, the absence of extension (5) will restrict the angle between probe and sample to approximately 90 ° (probe / sample approach perpendicular). The extension (5) thus allows greater freedom of actuation of the sample probe, and the probe can even be approached to the sample at a slope other than 90 °.

[00067] A superfície do dispositivo deve ser metálica e contínua, feita de ouro (Au), prata (Ag), platina (Pt), cobre (Cu), Alumínio (Al), ou combinações desses elementos. Alternativamente, a extensão (5) da segunda porção pode não ser metálica, expondo assim o material interno utilizado para a retirada do dispositivo da cavidade, preferencialmente Epóxi.[00067] The surface of the device shall be metallic and continuous, made of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), aluminum (Al), or combinations of these elements. Alternatively, the extension (5) of the second portion may not be metallic, thus exposing the internal material used for withdrawing the device from the cavity, preferably epoxy.

[00068] O tamanho da pirâmide (4) submicrométrica da segunda porção (3) é um elemento de fundamental importância à presente invenção. O tamanho L da pirâmide (4) submicrométrica da segunda porção (3) tem dimensão que pode variar de 50 nm a 900 nm, sendo preferencialmente de 230 nm, quando o dispositivo de ouro é destinado a um sistema óptico que utiliza laser de HeNe.The size of the submicron pyramid (4) of the second portion (3) is an element of fundamental importance to the present invention. The size L of the submicron pyramid (4) of the second portion (3) is of a size that may range from 50 nm to 900 nm, preferably 230 nm, when the gold device is intended for an optical system using HeNe laser.

[00069] Vantajosamente, o tamanho L da pirâmide (4) submicrométrica da segunda porção (3) define a energia de máximo de absorção óptica ressonante, sendo que a mesma pode ser ajustada para diferentes aplicações, dentro da faixa do visível e infravermelho próximo. Isso determina a importância de se propor o dispositivo aqui descrito, com uma estrutura com extremidade piramidal (4) de tamanho submicrométrico e posicionada na segunda base (6), que funciona como base ou plateau para a segunda porção (3), para aplicação em microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo.Advantageously, the size L of the submicron pyramid (4) of the second portion (3) defines the maximum resonant optical absorption energy, which can be adjusted for different applications within the visible and near infrared range. This determines the importance of proposing the device described herein, with a pyramidal end structure (4) of submicron size and positioned on the second base (6), which functions as a base or plateau for the second portion (3), for application in near field optical microscopy and spectroscopy.

[00070] O tamanho “L” superficial da pirâmide (4) submicrométrica da segunda porção (3) deve ser ajustada conforme o comprimento de onda (λ) da radiação (laser ou luz) utilizada na técnica em que a sonda será aplicada. Para este ajuste, e considerando a sonda feita de Au, pode-se utilizar a equação (Ia): L(nm) = -280nm + 0,815*λ, (Ia) onde L é o comprimento da pirâmide (4) submicrométrica do segundo segmento (3) dada em nanômetros. Deve-se, no entanto considerar a incerteza de 20% no valor de L.[00070] The surface size "L" of the submicron pyramid (4) of the second portion (3) shall be adjusted according to the wavelength (λ) of the radiation (laser or light) used in the technique to which the probe will be applied. For this adjustment, and considering the probe made of Au, the equation (Ia) can be used: L (nm) = -280nm + 0.815 * λ, (Ia) where L is the length of the submicrometric pyramid (4) of the second segment (3) given in nanometers. However, the uncertainty of 20% in the value of L. must be considered.

[00071] Essa dimensão L possui relação direta com a dimensão B da base da pirâmide (4) submicrométrica do segundo segmento, conforme a expressão (lia), em que L = 0,866*B, (lia) onde B é o tamanho da base da pirâmide (4) submicrométrica do segundo segmento (3).This dimension L is directly related to the base dimension B of the second segment submicron pyramid (4), according to the expression (lia), where L = 0.866 * B, (lia) where B is the size of the base of the submicron pyramid (4) of the second segment (3).

[00072] O ângulo de abertura (10) da primeira porção (2) e da segunda porção (3) é de 70,52°. Assim, do mesmo modo, o ângulo de abertura (10) da pirâmide (4) submicrométrica também será de 70,52°. Esse ângulo é definido pelo ângulo entre as famílias de planos cristalinos {111} e {-1-11} do silício, tal como um substrato usado na fabricação do dispositivo e como será evidente adiante.The opening angle (10) of the first portion (2) and the second portion (3) is 70.52 °. Thus, the opening angle (10) of the submicron pyramid (4) will also be 70.52 °. This angle is defined by the angle between the {111} and {-1-11} crystalline plane families of silicon, as a substrate used in the manufacture of the device and as will be apparent below.

[00073] O dispositivo como um todo pode compreender uma superfície metálica do mesmo material (Au, Ag, Cu, Pt, Al, ou combinações desses elementos), sendo um filme metálico de espessura K que varia entre 50 nm a 1.000 nm, sendo preferencialmente de 200 nm. É importante ressaltar que a dobra (9) ou quina na ligação entre a pirâmide (4) da segunda porção (3) e a extensão (5), da segunda porção atua como o uma característica fundamental desse dispositivo que permite a criação de um confinamento plasmônico à pirâmide (4) metálica da segunda porção (3). Assim, a distância (12) da pirâmide (4) submicrométrica da segunda porção (3) pode ser escalada com o comprimento de onda da radiação (laser ou luz) incidente, utilizada no sistema, levando à absorção óptica ressonante no dispositivo. Este efeito, por sua vez, leva a uma melhor eficiência óptica do dispositivo para uso em microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo (SNOM ou TERS).The device as a whole may comprise a metal surface of the same material (Au, Ag, Cu, Pt, Al, or combinations thereof), being a metal film of thickness K ranging from 50 nm to 1,000 nm, being preferably 200 nm. Importantly, the bend (9) or corner at the connection between the pyramid (4) of the second portion (3) and the extension (5) of the second portion acts as a fundamental feature of this device that allows the creation of a confinement. to the metallic pyramid (4) of the second portion (3). Thus, the distance (12) from the submicron pyramid (4) of the second portion (3) can be scaled with the wavelength of the incident radiation (laser or light) used in the system, leading to resonant optical absorption in the device. This effect, in turn, leads to better optical efficiency of the device for use in near field optical microscopy and spectroscopy (SNOM or TERS).

[00074] O dispositivo, como um todo, pode ser oco, com espessura K do filme metálico que pode variar de 50 nm a 1.000 nm, preferencialmente 200 nm. O interior do dispositivo pode conter o adesivo Epoxi utilizado na sua retirada da cavidade, ou molde, que será mais bem explicado adiante.The device as a whole may be hollow, with metal film thickness K which may range from 50 nm to 1,000 nm, preferably 200 nm. The interior of the device may contain the epoxy adhesive used in its removal from the cavity, or mold, which will be further explained below.

[00075] Por fim, o dispositivo pode ser fixado no sistema de sensoriamento da interação sonda-superfície, preferencialmente um diapasão (em inglês tuning fork) ou cantilever, por meio de cola Epóxi. Esta forma de se utilizar uma estrutura metálica moldada em cavidade piramidal em silício foi anteriormente reportada nos trabalhos:J. Henzie, et al., (Nano Letters, 2005), e em P. Nagpal, et al., (Science, 2009).Finally, the device can be fixed to the probe-surface interaction sensing system, preferably a tuning fork or cantilever, by means of epoxy glue. This way of using a silicon pyramidal cavity molded metal structure was previously reported in the works: J. Henzie, et al. (Nano Letters, 2005), and in P. Nagpal, et al. (Science, 2009).

[00076] Em uma forma de realização, a Figura 1 mostra um dispositivo de acordo com a presente invenção, com uma primeira base (8), uma segunda base (6) com quatro lados, bem como a base quadrada da pirâmide (4) e ainda, a extensão (5).In one embodiment, Figure 1 shows a device according to the present invention with a first base (8), a second base (6) with four sides, and the square base of the pyramid (4). and also the extension (5).

[00077] Essa forma de realização ainda é demonstrada na Figura 2, de uma vista superior de um dispositivo de acordo com a presente invenção. Nessa Figura é possível ver em destaque as dimensões N e H das bases (6) e (8) respectivamente, bem como a dimensão B da base da pirâmide (4).Such an embodiment is further demonstrated in Figure 2, from a top view of a device according to the present invention. In this Figure it is possible to see the dimensions N and H of the bases (6) and (8) respectively, as well as the dimension B of the base of the pyramid (4).

[00078] A Figura 3a mostra uma seção transversal de uma forma de realização da presente invenção, em que o dispositivo possui a extensão (5). Ainda, a Figura 3b mostra uma seção transversal de outra modalidade de realização da presente invenção sem a extensão (5). Em comparação, a figura 3c mostra uma seção transversal de dispositivos do estado da técnica. Nesse ponto é possível verificar as diferenças da matéria da presente invenção com relação àquilo que faz parte do estado da técnica. Essas diferenças construtivas são responsáveis por garantir o alcance das vantagens da presente invenção, tal como a criação da dobra ou quina (9), que é responsável pela criação de um confinamento plasmônico na pirâmide (4) que gera a ressonância de LSPR e o aumento de sinal óptico.Figure 3a shows a cross section of an embodiment of the present invention, wherein the device has extension (5). Still, Figure 3b shows a cross section of another embodiment of the present invention without extension (5). In comparison, Figure 3c shows a cross section of prior art devices. At this point it is possible to verify the differences in the subject matter of the present invention from that which is part of the state of the art. These constructive differences are responsible for ensuring the achievement of the advantages of the present invention, such as the creation of the bend or corner (9), which is responsible for the creation of a plasmic confinement in the pyramid (4) that generates the LSPR resonance and the increase Optical signal

[00079] Em uma segunda modalidade, a presente invenção aborda um método de fabricação de um dispositivo metálico, tal como o dispositivo (1) descrito acima.In a second embodiment, the present invention addresses a method of manufacturing a metal device, such as device (1) described above.

[00080] Com referências ao conjunto de Figuras 4, o referido método de fabricação do dispositivo metálico para microscopia por varredura de sonda compreende as seguintes etapas: (i) formação de uma primeira cobertura (12) com pelo menos uma abertura (13) sobre um substrato (11); (ii) desbaste anisotrópico do substrato (11) até uma profundidade G com fundo (14); (iii) formação de uma segunda cobertura (16) sobre o fundo (14) e paredes laterais (15); (iv) formação de uma abertura (17) na segunda cobertura (16); (v) desbaste anisotrópico do substrato (11); (vi) deposição de filme metálico (21); (vii) retirada do dispositivo metálico.With reference to the set of Figures 4, said method of manufacturing the metal probe scanning microscopy device comprises the following steps: (i) forming a first cover (12) with at least one opening (13) over a substrate (11); (ii) anisotropic roughing of the substrate (11) to a depth G with bottom (14); (iii) forming a second cover (16) on the bottom (14) and side walls (15); (iv) forming an opening (17) in the second cover (16); (v) anisotropic thinning of the substrate (11); (vi) metal film deposition (21); (vii) removal of the metallic device.

[00081] As Figuras 4 ilustram as etapas de realização do método com pelo menos uma abertura na cobertura (12). No entanto entende-se a fabricação de múltiplas aberturas na mesma cobertura (12). Essas múltiplas aberturas (13) devem ser espaçadas a uma distância M igual para todas, M sendo de 10 pm a 1000 pm, preferencialmente 100 pm, o que facilitará o alinhamento do segundo processo de desbaste anisotrópico, como será verificado adiante a partir da Figura 4f.Figures 4 illustrate the steps of carrying out the method with at least one opening in the cover (12). However, it is understood the manufacture of multiple openings in the same cover (12). These multiple openings (13) should be spaced at a distance M equal to all, M being from 10 pm to 1000 pm, preferably 100 pm, which will facilitate alignment of the second anisotropic roughing process, as will be seen below from Figure. 4f.

[00082] A Figura 4a ilustra o início do método, onde parte-se de um substrato (11) de Si <100>, com uma primeira cobertura (12).Figure 4a illustrates the beginning of the method, where it starts from a Si <100> substrate (11) with a first coating (12).

[00083] A primeira cobertura (12) pode ser composta por oxigênio e silício, nitrogênio e silício ou metais. Preferencialmente, a cobertura (12) é uma camada de SÍ3N4 com 100 nm de espessura ou S1O2 com 300 nm de espessura. Essa cobertura (12) que cobre a superfície do substrato (11) de Si servirá como uma máscara para o primeiro processo de desbaste anisotrópico químico. O substrato com a cobertura como descrita é vendido comercialmente.[00083] The first cover (12) may be composed of oxygen and silicon, nitrogen and silicon or metals. Preferably, the cover 12 is a layer of 100 nm thick Si3N4 or 300 nm thick SiO2. This cover (12) covering the surface of Si substrate (11) will serve as a mask for the first chemical anisotropic roughing process. The substrate with the cover as described is sold commercially.

[00084] A Figura 4b ilustra a formação de uma primeira cobertura (12) com pelo menos uma abertura (13), tal como uma máscara, sobre um substrato (11). Essa abertura (13) expõe o substrato (11) nessa área descoberta.Figure 4b illustrates the formation of a first cover (12) with at least one aperture (13), such as a mask, on a substrate (11). This opening (13) exposes the substrate (11) in this uncovered area.

[00085] A abertura (13) da cobertura (12) pode ter uma forma quadrilátera, circular ou triangular. A dimensão H da abertura (13) deve ter uma extensão total de 3 μιτι a 300 μητι, preferivelmente 22 μιτι. Preferencialmente, a abertura (13) tem uma forma circular.The opening (13) of the cover (12) may have a quadrilateral, circular or triangular shape. The dimension H of aperture (13) should have a total length of 3 μιτι to 300 μητι, preferably 22 μιτι. Preferably, aperture 13 has a circular shape.

[00086] Para gerar a abertura (13) e expor a família de planos {100} do substrato (11) apenas nessa região, pode-se utilizar o processo de litografia por feixe de íons focalizado, desbastando diretamente a cobertura (12) nessas regiões. As técnicas de litografia óptica ou litografia por feixe de elétrons (e-beamlithography) também podem ser usadas para criar a abertura (13) sobre a cobertura (12), devendo para isso adicionar os passos: (i) deposição de camada orgânica, fotoresiste (óptica) ou PMMA (e-beam), por spin coating\ (ii) sensibilização da área a ser desbastada por feixe óptico ou eletrônico; (iii) revelação, onde o filme polimérico sensibilizado é removido por solvente específico (álcool isopropílico, por exemplo); (iv) remoção da camada de SÍ3N4 ou S1O2 nas regiões não protegidas pelo polímero, que irão gerar as áreas de Si exposto, por imersão da amostra por 2 a 20 minutos, melhor 5 minutos,em solução de BHF 5:1 (do inglês, Buffered Hydrofluoric Acid constituída das soluções de NFUF (40 %) e HF (49 %) em proporção de 5:1).To generate the aperture (13) and expose the substrate {100} family of the substrate (11) only in this region, the focused ion beam lithography process can be used by directly thinning the cover (12) in these regions. regions. Optical lithography or e-beamlithography techniques can also be used to create the opening (13) over the cover (12), adding the following steps: (i) organic layer deposition, photoresist (optical) or PMMA (e-beam), by spin coating \ (ii) sensitization of the area to be thinned by optical or electronic beam; (iii) developing, where the sensitized polymeric film is removed by specific solvent (for example isopropyl alcohol); (iv) removal of the Si3N4 or S1O2 layer in the non-polymer protected regions that will generate the exposed Si areas by immersing the sample for 2 to 20 minutes, best 5 minutes, in 5: 1 BHF solution. , Buffered Hydrofluoric Acid consisting of NFUF (40%) and HF (49%) solutions in a 5: 1 ratio).

[00087] Em uma modalidade de realização, a Figura 4c ilustra uma vista superior da cobertura (12), onde é possível observar uma pluralidade de aberturas (13) produzidas equidistantes entre si à dimensão M de 10 pm a 1000 pm, preferencialmente 100 pm.In one embodiment, Figure 4c illustrates a top view of the cover (12), where it is possible to observe a plurality of openings (13) produced equidistant from each other at dimension M from 10 pm to 1000 pm, preferably 100 pm .

[00088] A Figura 4d ilustra a etapa de desbaste anisotrópico do substrato (11) até uma profundidade G, onde é criado um fundo (14) em forma de plateau, com dimensão N. As condições dessa etapa reacional são fundamentais para a obtenção de um dispositivo de alta eficiência. São essas condições que garantem que o desbaste anisotrópico será encerrado a uma profundidade G do substrato (11) que cria um fundo (14), tal como um plateau com dimensão N de 0,5 μητι a 5,0 μητι, preferencialmente 2 μίτι. Para que o tamanho do plateau seja de aproximadamente 2 μίτι o ajuste fino das condições de desbaste anisotrópico do substrato apresentadas poderá ser feito de forma simples ao medir o fundo (14) da cavidade por meio de um microscópio óptico, objetivando a dimensão N.Figure 4d illustrates the anisotropic roughing step of the substrate (11) to a depth G, where an N-sized plateau-shaped bottom (14) is created. The conditions of this reaction step are critical for obtaining a high efficiency device. It is these conditions that ensure that the anisotropic thinning will be closed at a depth G of the substrate (11) creating a bottom (14), such as a plateau with size N of 0.5 μητι to 5.0 μητι, preferably 2 μίτι. For the plateau size to be approximately 2 μίτι the fine-tuning of the presented anisotropic substrate roughing conditions can be done simply by measuring the bottom (14) of the cavity by means of an optical microscope, aiming at the N dimension.

[00089] Assim, utiliza-se uma solução aquosa corrosiva, preferencialmente de hidróxido de potássio (KOH) ou hidróxido de sódio (NaOH) em concentração de 30% (em massa). Mergulha-se o substrato (11) com a cobertura (12) e abertura (13) na solução à 60° por 120 minutos. Como o desbaste do substrato (11) de silício em solução corrosiva é anisotrópico, a família de planos {100} do silício é desbastada aproximadamente 300 vezes mais rápido que a família de planos {111}. Além disso, a cobertura (12) que cobre o substrato (11) no plano {100} servirá como uma primeira máscara, já que não será corroído pela solução. Assim, expõem-se os planos {111} na abertura (13) até uma profundidade G. Caso o processo continuasse por mais tempo, esperava-se obter uma cavidade piramidal. No entanto, a presente invenção deseja que o processo seja interrompido antes de chegar a esse ponto.Thus, a corrosive aqueous solution, preferably potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH) in a concentration of 30% (by mass) is used. Substrate (11) with the cover (12) and opening (13) in the solution at 60 ° for 120 minutes. Since thinning of the silicon substrate (11) in corrosive solution is anisotropic, the {100} plane family of silicon is roughly 300 times faster than the {111} plane family. In addition, the cover 12 covering the substrate 11 in the plane 100 will serve as a first mask as it will not be corroded by the solution. Thus, the planes {111} at aperture 13 are exposed to depth G. If the process continued for a longer time, a pyramidal cavity was expected. However, the present invention wishes the process to be stopped before it reaches this point.

[00090] É fundamental que esse processo de desbaste anisotrópico se encerre quando se obtém esse fundo (14), tal como acima caracterizado, pois com isso é possível obter o plateau que se deseja formar para o dispositivo da presente invenção, responsável por criar uma dobra ou quina (9) que confere confinamento plasmônico à pirâmide (4) da segunda porção (3), o que possibilita a geração da ressonância LSPR e o conseqüente aumento do sinal óptico.It is essential that this anisotropic roughing process ends when obtaining this bottom (14), as characterized above, as it is thus possible to obtain the desired plateau for the device of the present invention, responsible for creating a fold or corner (9) that confers plasmon confinement to the pyramid (4) of the second portion (3), which enables the generation of LSPR resonance and the consequent increase of the optical signal.

[00091] O objetivo nessa etapa é criar uma cavidade de fundo N, a qual varia de 0,5 pm a 5,0 pm, preferencialmente 2 pm, tal como ilustrado na Figura 4d, onde os planos (15), da família de planos {111}, são revelados. No entanto, ainda existe o plano da família {100} do fundo (14). A dimensão N do fundo (14) depende das condições reacionais ótimas dessa etapa da reação que permitem esse controle, bem como da dimensão H. Objetiva-se que o lado N do fundo (14) seja de 5 pm a 10 μητι, preferencial mente 2 pm.The objective in this step is to create a bottom cavity N which ranges from 0.5 pm to 5.0 pm, preferably 2 pm, as illustrated in Figure 4d, where the planes (15) of the family of plans {111}, are revealed. However, there is still the family plan {100} from the bottom (14). The bottom dimension N (14) depends on the optimal reaction conditions of this reaction step that allow this control, as well as the dimension H. The bottom side N (14) is intended to be from 5 pm to 10 μητι, preferably 2 pm

[00092] A profundidade do desbaste anisotrópico G é dependente da dimensão H da abertura (13) e da dimensão N do fundo formado, tal como a equação (llla) G = [H-N]x1,413 (llla) [00093] A Figura 4e ilustra a formação de uma segunda cobertura (16) sobre o fundo (14); que pode ocorrer pelo crescimento de Si02do silício da cavidade criada. Essa nova cobertura (16) de S1O2 servirá como uma segunda máscara para o segundo processo de desbaste anisotrópico. Além disso essa etapa ocorre em todas as cavidades formadas no substrato (11).The depth of anisotropic roughing G is dependent on the dimension H of the aperture (13) and the dimension N of the bottom formed, such as the equation (llla) G = [HN] x1,413 (llla) [00093] Figure 4e illustrates the formation of a second cover (16) on the bottom (14); which can occur by silicon growth of the created cavity. This new cover (16) of S1O2 will serve as a second mask for the second anisotropic roughing process. In addition, this step occurs in all cavities formed in the substrate (11).

[00094] Para a formação da segunda cobertura (16), o substrato (11) e a cavidade criada com fundo (14) são levados à temperatura de 1000 °C, por 120 minutos. A espessura P da segunda cobertura (16) de S1O2, gerada por este processo, será de 50 nm a 150 nm, dependendo da umidade, composição do gás e pressão dentro do forno.For the formation of the second cover (16), the substrate (11) and the bottom-created cavity (14) are brought to the temperature of 1000 ° C for 120 minutes. The thickness P of the second cover (16) of S1O2 generated by this process will be from 50 nm to 150 nm, depending on the humidity, gas composition and pressure inside the furnace.

[00095] Trabalhando em forno em condições ambientes, a espessura P é de 100 nm. Note-se que a espessura P da segunda cobertura (16) determinará a dimensão P da extensão (5) da segunda porção (3) do dispositivo (1). Alternativamente, a segunda cobertura (16) pode ser formada ou ampliada a partir da deposição de S1O2 ou SÍ3N4 por meio de técnicas como sputtering e Chemical vapor deposition (CVD).Working in oven under ambient conditions, the thickness P is 100 nm. Note that the thickness P of the second cover (16) will determine the dimension P of the extension (5) of the second portion (3) of the device (1). Alternatively, the second cover (16) may be formed or enlarged from the deposition of S1O2 or Si3N4 by techniques such as sputtering and Chemical vapor deposition (CVD).

[00096] A Figura 4f ilustra a formação de uma abertura (17) na segunda cobertura (16); a qual pode ser feita em qualquer posição do fundo (14) da cavidade. Assim, essa etapa poderá ser feita em todas as cavidades formadas no substrato (11).Figure 4f illustrates the formation of an opening (17) in the second cover (16); which may be made at any position of the bottom (14) of the cavity. Thus, this step can be done in all cavities formed in the substrate (11).

[00097] Para a formação da abertura (17) pode-se utilizar o processo de litografia por feixe de íons focalizado, desbastando diretamente a segunda cobertura (16) de S1O2. A técnica de litografia por feixe de elétrons (e-beam lithography) também pode ser utilizada para criar a segunda abertura (17) na segunda cobertura (16), devendo para isso adicionar os sehuintes passos: (i) deposição de camada orgânica, fotoresiste (óptica) ou PMMA (e-beam) por spin coating-, (ii) sensibilização da área a ser desbastada por feixe óptico ou eletrônico; (iii) revelação, na qual o filme polimérico sensibilizado é removido por solvente específico (álcool isopropílico, por exemplo); (iv) remoção da camada de S13N4 ou S1O2 nas regiões não protegidas pelo polímero, que gerarão as áreas de Si exposto, por imersão da amostra por 1 a 10 minutos, melhor 2 minutos, em solução de BHF 5:1 (do inglês,Buffered Hydrofluoríc Acid constituída das soluções de NH4F (40 %) e HF (49 %) em proporção de 5:1).For the formation of the aperture (17) the focused ion beam lithography process can be used, directly thinning the second cover (16) of S1O2. The e-beam lithography technique can also be used to create the second aperture (17) in the second cover (16), adding the following steps: (i) organic layer deposition, photoresist (optical) or PMMA (e-beam) by spin coating; (ii) sensitization of the area to be thinned by optical or electronic beam; (iii) developing, wherein the sensitized polymeric film is removed by specific solvent (for example isopropyl alcohol); (iv) removal of the S13N4 or S1O2 layer in the non-polymer protected regions that will generate the exposed Si areas by immersing the sample for 1 to 10 minutes, best 2 minutes, in 5: 1 BHF solution. Buffered Hydrofluoric Acid consists of NH4F (40%) and HF (49%) solutions in a 5: 1 ratio.

[00098] Assim é formada a abertura (17) sobre a segunda cobertura (16) que expõe o silício apenas na área de dimensão B que pode variar dependendo da aplicação almejada. A dimensão B da abertura (17) deve ser calculada conforme equação (lia). L = 0,866xB (lia), em que L é o tamanho da ponta desejada submicrométrica da segunda porção (3) e será dimensionada pela aplicação almejada, tal como a equação (Ia).Thus the opening (17) is formed over the second cover (16) which exposes the silicon only in the dimension area B which may vary depending on the intended application. The dimension B of aperture (17) must be calculated according to equation (IIa). L = 0.866xB (IIa), where L is the desired submicrometer tip size of the second portion (3) and will be sized by the intended application, such as equation (Ia).

[00099] A Figura 4g ilustra a segunda etapa de desbaste anisotrópico do substrato (11) na área formada pela segunda abertura (17). Esse processo de desbaste anisotrópico químico resulta em uma segunda cavidade (19) piramidal com segundo fundo (20). A cavidade (19) apresenta a família de planos {111} do substrato (11) de silício, e seu fundo (20), ou vértice, com dimensão inferior a 60 nm, preferencialmente inferior a 10 nm. Para a realização do desbaste anisotrópico, pode-se utilizar uma solução aquosa corrosiva, tal como de hidróxido de potássio (KOH) ou hidróxido de sódio (NaOH) em concentração de 30% (em massa). Mergulha-se a amostra na solução à 60° por 2 minutos. O tempo do desbaste anisotrópico pode ser ajustado de forma a obter 0 menor fundo (20), podendo variar de 1 minuto a 10 minutos. Como o desbaste anisotrópico de silício em solução de KOH é anisotrópico, a família de planos {100} do silício é desbastada aproximadamente 300 vezes mais rápido que a família de planos {111}. Assim, a família de planos {111} é revelada e uma cavidade (19) piramidal com segundo fundo (20) é obtida.Figure 4g illustrates the second anisotropic roughing step of the substrate (11) in the area formed by the second aperture (17). This chemical anisotropic roughing process results in a second pyramidal cavity (19) with a second bottom (20). Cavity 19 has the family of planes 111 of the silicon substrate 11, and its bottom 20 or vertex less than 60 nm, preferably less than 10 nm. For anisotropic thinning, a corrosive aqueous solution such as potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH) at a concentration of 30% (by mass) may be used. Dip the sample into the 60 ° solution for 2 minutes. The anisotropic roughing time can be adjusted to obtain the smallest bottom (20), ranging from 1 minute to 10 minutes. Since anisotropic thinning of silicon in KOH solution is anisotropic, the {100} plane family of silicon is roughly 300 times faster than the {111} plane family. Thus, the family of planes {111} is revealed and a second bottom pyramidal cavity (19) is obtained.

[000100] Além disso, outras soluções corrosivas podem ser usadas alternativamente àquelas mencionadas anteriormente, tais como HF, CH300H, CsOH em H2O, NH40H em H2O, TMAH em H2O, etilenodiamina em H2O e pirocatecol; hidrazina em H2O e álcool isopropílico. Os exemplos aqui elencados pertencem ao âmbito da presente invenção, sem serem exaustivos, assim como qualquer outra solução corrosiva que possa ser utilizada para o desbaste anisotrópico do substrato de interesse.In addition, other corrosive solutions may be used alternatively to those mentioned above, such as HF, CH300H, CsOH in H2O, NH40H in H2O, TMAH in H2O, ethylenediamine in H2O and pyrocatechol; hydrazine in H 2 O and isopropyl alcohol. The examples listed herein are within the scope of the present invention, without being exhaustive, as well as any other corrosive solution that may be used for anisotropic thinning of the substrate of interest.

[000101] Após a formação da cavidade (19), ocorre a deposição do filme metálico que dará origem ao dispositivo propriamente dito. A deposição poderá ser feita pelas técnicas de deposição térmica ou deposição por sputterinng, sendo preferível a deposição térmica. O metal do filme deverá ser de ouro (Au), prata (Ag), platina (Pt), cobre (Cu), Alumínio (Al), ou combinações e ligas desses elementos.After the formation of the cavity (19), the deposition of the metallic film that gives rise to the device itself occurs. Deposition may be by thermal deposition or sputterinng deposition, with thermal deposition being preferable. The metal of the film shall be gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), aluminum (Al), or combinations and alloys of these elements.

[000102] O método da presente invenção pode compreender ainda uma etapa adicional de tratamento com ácido fluorídrico para retirada das coberturas (12) e (16), preliminarmente à deposição do filme metálico. A figura 4i mostra o substrato (11) após a retirada da cobertura. A adição dessa etapa permite a obtenção de um dispositivo (1) sem a extensão (5), tal como evidenciado na figura 3b.The method of the present invention may further comprise an additional hydrofluoric acid treatment step for removal of the covers 12 and 16 prior to the deposition of the metal film. Figure 4i shows the substrate (11) after removal of the cover. The addition of this step allows obtaining a device (1) without extension (5), as shown in figure 3b.

[000103] A Figura 4h ilustra uma forma de realização da presente invenção, em que o processo de deposição do filme metálico (21) ocorre sobre as coberturas, que dará origem à uma forma de realização do dispositivo da presente invenção.Figure 4h illustrates an embodiment of the present invention, wherein the process of depositing the metal film (21) takes place over the covers, which will give rise to an embodiment of the device of the present invention.

[000104] Ainda, a figura 4j ilustra outra forma de realização do método da presente invenção, em que o filme metálico será depositado sobre o substrato (11) que teve as coberturas retiradas.Still, Figure 4j illustrates another embodiment of the method of the present invention, wherein the metal film will be deposited on the substrate (11) which has had the covers removed.

[000105] A espessura K do filme metálico pode varia entre 50 nm a 1.000 nm, sendo preferencial mente de 200 nm. Em uma modalidade de realização preferida da presente invenção, é realizada a deposição de filme de ouro (Au).The thickness K of the metal film may range from 50 nm to 1,000 nm, preferably 200 nm. In a preferred embodiment of the present invention, gold (Au) film deposition is performed.

[000106] Em seguida é realizada a etapa de retirada do dispositivo metálico (1) que ocorre pela fixação do mesmo a um sistema de sensoriamento da interação sonda-superfície, preferencialmente um diapasão (em inglês tuningfork) ou cantilever, por meio de cola Epóxi. Considerando um diapasão como o sistema de sensoriamento da interação sonda-superfície, um fio de tungstênio (W) de diâmetro inferior a 20 μιτι deve ser previamente fixado à uma das extremidade do diapasão, por meio de cola Epóxi ou cianoacrilato. Aplica-se uma pequena quantidade (aproximadamente 2x10-8 cm3) de cola Epóxi na cavidade que contem o dispositivo (1) e posiciona-se a extremidade do fio de tungstênico (já fixado no diapasão) dentro da cavidade. Após curar a cola Epóxi, retira-se o dispositivo (1) movimentando o conjunto diapasão e fio de tungstênio em direção vertical com a ajuda de microposicionadores de translação e suporte de translação vertical com precisão micrométrica de posição melhor que 2 μίτι. Como metais nobres não aderem ao silício e ao S1O2, o dispositivo (1) será retirado sem que seja danificado.[000106] Next, the removal of the metallic device (1) is performed by fixing it to a probe-surface interaction sensing system, preferably a tuningfork or cantilever, by means of epoxy glue. . Considering a tuning fork as the probe-surface interaction sensing system, a tungsten wire (W) with a diameter of less than 20 μιτι must be fixed to one end of the tuning fork by means of epoxy or cyanoacrylate glue. A small amount (approximately 2x10-8 cm3) of epoxy glue is applied to the cavity containing the device (1) and the end of the tungsten wire (already attached to the tuning fork) is positioned within the cavity. After curing the Epoxy glue, the device (1) is removed by moving the tuning fork and tungsten wire assembly vertically with the aid of translation micropositioners and vertical translation support with micrometer position accuracy better than 2 μίτι. Since noble metals do not adhere to silicon and S1O2, the device (1) will be removed without being damaged.

[000107] O método da presente invenção pode ser utilizado para a fabricação de dispositivo metálico para microscopia por varredura de sonda, tal como microscopia e espectroscopia óptica, preferencialmente microscopia e espectroscopia óptica de campo próximo, tal como uma sonda.[000107] The method of the present invention may be used for the manufacture of a metal probe scanning microscopy device, such as microscopy and optical spectroscopy, preferably near field optical microscopy and spectroscopy, such as a probe.

[000108] Em uma modalidade de realização, o método da presente invenção é capaz de produzir pelo menos um dispositivo metálico por meio de uma primeira cobertura (12) com pelo menos uma abertura (13).[000108] In one embodiment, the method of the present invention is capable of producing at least one metal device by means of a first cover (12) with at least one aperture (13).

[000109] Ainda, em outra modalidade de realização, o método pode produzir uma pluralidade de dispositivos metálicos (1) por meio de uma primeira cobertura (12) com uma pluralidade de aberturas (13).In yet another embodiment, the method may produce a plurality of metal devices (1) by means of a first cover (12) with a plurality of openings (13).

[000110] Em uma modalidade de realização, considerando a aplicação em um sistema óptico que utiliza um laser de HeNe, bastante comum na área, e o metal do dispositivo sendo ouro, a dimensão do lado (B) da abertura (17) é de 270 nm. Ao utilizar esse valor do lado (B) da abertura (17), o dispositivo apresentará uma segunda porção (3) composta por uma ponta submicrométrica com um ápice (7) nanométrico de dimensão (L) superficial de aproximadamente 230 nm, conforme equação (Ia). Essa dimensão favorece a LSPR, e consequentemente a ressonância de absorção óptica, para a radiação de comprimento de onda de λ = 632,8 nm (laser de HeNe), conforme equação (Ia).In one embodiment, considering the application to an optical system using a HeNe laser, quite common in the area, and the device's metal being gold, the dimension of side (B) of aperture (17) is 270 nm. Using this value from side (B) of aperture (17), the device will have a second portion (3) composed of a submicrometer tip with a nanometer apex (7) of approximately 230 nm surface dimension (L), according to equation ( Ia). This dimension favors LSPR, and consequently the optical absorption resonance, for the wavelength radiation of λ = 632.8 nm (HeNe laser), according to equation (Ia).

[000111] Será evidente para os peritos na técnica, que várias modificações e variações podem ser feitas à presente invenção sem se afastarem do espírito e âmbito da mesma. Assim, pretende- se que a presente invenção abranja as modificações e variações desde que elas estejam dentro do âmbito das reivindicações anexas e suas equivalentes.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations may be made to the present invention without departing from the spirit and scope thereof. Thus, it is intended that the present invention encompass modifications and variations provided that they are within the scope of the appended claims and their equivalents.

REIVINDICAÇÕES

Claims

Metal probe scanning microscope device, characterized in that it comprises a single body (1) disposed in a first portion (2) and a second portion (3), the second portion comprising a submicrometer tip having a nanometric apex. .

Device according to Claim 1, characterized in that the first portion (2) of the single body (1) comprises a first base (8) and a second base (6), comprising at least 3 sides or a circumference. said bases (8) and (6) being parallel to each other, separated by a distance G ranging from 0.5 pm to 250 pm, preferably 10 pm and said first base (8) having an area greater than second base (6).

Device according to claims 1 and 2, characterized in that the dimension H of the first base (8) ranges from 3 pm to 300 pm, preferably 22 pm and the dimension N of the second base (6) ranges from 0, 5 pm to 10 pm, preferably 2 pm.

Device according to Claims 1 to 3, characterized in that the second portion (3) is located on the second base (6).

Device according to Claims 1 to 4, characterized in that the second portion (3) comprises a submicrometric pyramid (4) with a nanometer-sized apex or vertex (7), said pyramid (4) comprises a base of at least at least 3 sides or a circumference, regardless of the shape of the bases (8) and (6) and the size B of the base of the pyramid (4) range from 50nm to 1000nm, preferably 270 nm.

Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it optionally comprises an extension (5) connecting the pyramid (4) and the second base (6), said extension (5) having a size P of 10 µm. nm at 500 nm, preferably 100 nm.

Device according to Claims 1 to 6, characterized in that the pyramid (4) comprises a dimension L ranging from 50 nm to 900 nm, preferably 230 nm, said dimension L being adjusted according to equation (Ia). ) L (nm) = -280nm + 0.815 * λ, (Ia) where λ is the wavelength of the radiation to be used.

Device according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the first portion (2) and the second portion (3) comprise an opening angle (10) of 70.52 ° and a thickness K of 50 nm to 1000 nm. preferably 200 nm.

Device according to one of Claims 1 to 8, characterized in that it is formed by gold, silver, platinum, copper, aluminum, their combinations and alloys.

A method of manufacturing the metal probe scanning microscopy device, said method comprising the following steps: (i) forming a first cover (12) with at least one aperture (13) on a substrate (11); (ii) anisotropic roughing of the substrate (11) to a depth G with bottom (14); (iii) forming a second cover (16) on the bottom (14) and side walls (15); (iv) forming a second opening (17) in the second cover (16); (v) anisotropic thinning of the substrate (11); (vi) metal film deposition (21) (vii) removed from the metal device.

Method according to claim 10, characterized in that the distance M between the openings (13) is 10 pm to 1000 pm, preferably 100 pm, wherein the at least one aperture (13) has a shape of at least 3 sides. or a circumference with dimension H from 3 pm to 300 pm, preferably 22 pm.

Method according to Claims 10 to 11, characterized in that the anisotropic roughing is performed by immersing the substrate (11) with the coating (12) in a corrosive solution, preferably potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH). ) at a concentration of 30% by weight at a temperature of 60 ° for 120 minutes until the formation of a bottom (14) of size N from 0,5 pm to 10 pm, preferably 2,0 pm.

Method according to claims 10 to 12, characterized in that the formation of the second cover (16) on the bottom (14) and sidewalls (15) is S1O2 from silicon of the cavity created in the substrate (11). wherein the second cover (16) is created at a temperature of 1000 ° C for 120 minutes, said second cover (16) comprising a thickness P ranging from 10 nm to 500 nm, preferably 100 nm.

Method according to claims 10 to 13, characterized in that the second opening (17) of the second cover (16) is made by lithographic process at any position of the bottom (14) of the cavity, wherein the second opening (17 ) has a dimension B which varies according to equation (IIa): B = 1.155 * L (IIa), where L is the dimension of the submicron pyramid (4) of the second segment (3).

Method according to claims 10 to 15, characterized in that the anisotropic roughing of the substrate (11) in the formed area B, the second opening (17) is performed by dipping the substrate assembly (11) first cover (12) and second coating (16) in a corrosive aqueous solution, preferably potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH) at a concentration of 30% by mass for 1 to 100 minutes, preferably 2 minutes.

Method according to claims 10 to 17, characterized in that it optionally comprises a step of removing the covers (12) and (16), preferably being performed with hydrofluoric acid solution.

Method according to Claims 10 to 16, characterized in that the deposition of the metallic film (21) is carried out by thermal deposition or sputterinng deposition, preferably thermal deposition, wherein the metal of the metallic film (21) is gold ( Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), Aluminum (Al), or their combinations and alloys with a metal film thickness K ranging from 50 nm to 1,000 nm, preferably 200 nm.