JP2016129220A - Manufacturing method of nanowire - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide means for applying a nanowire onto a solid support member by a system that a control allowing an electric circuit onto the solid support member to be designed and manufactured is performed.SOLUTION: In a manufacturing method of a nanowire using a nucleic acid as a scaffold, a thin film of a metal-DNA composite body is applied onto a solid support member, a capillarity of coffee ring efficiency is used, nucleic acid metal nanoparticle thin film is peeled, an accumulation of the nanoparticle in an end part of a cutting part is invited, and micro to nano scale metal wires are manufactured. By performing enzymatic hydrolysis, the nucleic acid is removed, and finally a metal nanowire is obtained.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、核酸を足場として使用するナノワイヤの製造方法に関する。本方法は、金属−DNA複合体の薄膜を固体支持体上に適用する。コーヒーリング効果の毛細管力を利用して、核酸金属ナノ粒子薄膜を剥すことは、切断部の端部でのナノ粒子の蓄積を誘導し、それによりマイクロ〜ナノスケールの金属ワイヤを製造する。追加の態様において、本発明は、酵素加水分解を使用し、核酸を除去し、最終金属ナノワイヤを得る。本発明はさらに、本発明の方法を用いて製造された電気回路を含むチップを提供する。   The present invention relates to a method for producing a nanowire using a nucleic acid as a scaffold. The method applies a thin film of metal-DNA complex onto a solid support. Utilizing the capillary force of the coffee ring effect, peeling the nucleic acid metal nanoparticle thin film induces nanoparticle accumulation at the end of the cut, thereby producing micro-to-nanoscale metal wires. In additional embodiments, the present invention uses enzymatic hydrolysis to remove nucleic acids and obtain final metal nanowires. The present invention further provides a chip comprising an electrical circuit manufactured using the method of the present invention.

デオキシリボ核酸(DNA)鋳型合成は、過去20〜30年間、金属マイクロ/ナノワイヤを作製するために利用されている。かなりの成功にかかわらず、作製プロセスのハイスループットおよび可制御性の面は、主要な障害のままである。この研究において、我々は、自然の毛細管力を使用してシリコン(Si)ウエハ上にマイクロ〜ナノスケールの銀(Ag)ワイヤを作製する新規のスクライビングまたは「描画(writing)」方法を紹介する。毛細管力によりあおられるコーヒーリング乾燥効果は、スクライビングされたパターンに沿った堆積をもたらすスクライビングの端部に向かったAgをロードしたDNA分子の拡散を可能にする。これに、酵素支援エッチングを使用したDNA足場の除去が続き、ウエハ上のAgワイヤが残る。この技術は、ナノエレクトロニクスにおける潜在的な用途に向かって現在の金属ナノパターンおよびナノ構造のDNA支援形成を改善することが予想される。   Deoxyribonucleic acid (DNA) template synthesis has been utilized for making metal micro / nanowires for the past 20-30 years. Despite considerable success, the high throughput and controllability aspects of the fabrication process remain major obstacles. In this work, we present a novel scribing or “writing” method for creating micro-to-nanoscale silver (Ag) wires on silicon (Si) wafers using natural capillary forces. The coffee ring drying effect draped by capillary forces allows the diffusion of Ag loaded DNA molecules towards the end of the scribing resulting in deposition along the scribed pattern. This is followed by removal of the DNA scaffold using enzyme-assisted etching, leaving an Ag wire on the wafer. This technology is expected to improve current metal nanopatterns and DNA-assisted formation of nanostructures towards potential applications in nanoelectronics.

マイクロおよびナノ構造のDNA支援形成は、何年にもわたり様々な分野における潜在的な用途のために広く研究されている。Agなどの金属ワイヤを含むこれらの構造は、並外れた空間分解能および柔軟性を示す。かかる特性は、その骨格に沿って金属ナノ粒子を特異的に鋳型合成するDNA鎖の特に特異的な本質に起因する4。そのようなものとして、DNA分子は、柔軟なナノ鋳型合成能力を発揮する選択的金属結合を可能にする。その自己相補的な性質と相まって、DNAエレクトロニクスは、従来のマイクロエレクトロニクス技術を使用して達成不可能な分解能の導電ワイヤの製造のための正しいツールを提供する。しかしながら、DNA支援金属ワイヤパターンのハイスループット工業化に関するいくつかの主要な問題は、未解決のままである。最も重要な、柔軟な「描画」能力および可制御性に、最初に取り組むべきであり、関与するプロセスのコストおよび複雑性を下げることが続く。ごく最近、いくつかの洗練されたなデザインアーキテクチャが、これらの障害の克服に関して提案されており、パターンアライメントの操作および再現性をかなり強調している。しかしながら、これらの方法は、商業的に実行可能な生産能力を可能にする工業レベルの制御および精度で作製するのに必要な決定的な工程が未だ欠落している。   Micro- and nanostructured DNA-assisted formation has been extensively studied for potential applications in various fields over the years. These structures, including metal wires such as Ag, exhibit exceptional spatial resolution and flexibility. Such properties are due to the particularly specific nature of the DNA strand that specifically synthesizes metal nanoparticles along its backbone 4. As such, DNA molecules allow selective metal binding that exhibits flexible nanotemplate synthesis capabilities. Coupled with its self-complementary nature, DNA electronics provides the right tool for the production of conductive wires with resolutions that cannot be achieved using conventional microelectronic technology. However, some major problems related to the high throughput industrialization of DNA assisted metal wire patterns remain unresolved. The most important, flexible “drawing” capabilities and controllability should be addressed first, followed by lowering the cost and complexity of the processes involved. Most recently, some sophisticated design architectures have been proposed for overcoming these obstacles, which greatly emphasizes the operation and repeatability of pattern alignment. However, these methods still lack the critical steps necessary to produce with industrial-level control and precision that allows a commercially viable production capacity.

したがって、本発明の目的は、固体支持体上への電気回路のデザインおよび製造をさせる制御された形式で固体支持体上にナノワイヤを適用するための手段を提供することにより、DNA足場をベースとする金属ナノワイヤの商業的に実行可能な製造を可能にし、それによりシリコンチップの製造を可能にすることにある。   The object of the present invention is therefore based on DNA scaffolds by providing a means for applying nanowires on a solid support in a controlled manner that allows the design and manufacture of electrical circuits on the solid support. It is to enable the commercially viable production of metal nanowires, thereby enabling the production of silicon chips.

上記課題は、支持材料上におけるマイクロ/ナノワイヤの製造方法であって、工程
(a)固体支持材料を用意する、
(b)核酸および金属を含む液体組成物をナノ粒子支持材料の表面に適用し、液体組成物により被覆された少なくとも1つの領域および液体組成物により被覆されていない少なくとも1つの領域を有する表面を持つ固体支持材料を得る、それによって液体組成物により被覆された領域および液体組成物により被覆されていない領域の間の端部にマイクロ/ナノワイヤを製造する、
(c)任意に、核酸を除去する、
を含む、前記方法によって、第1の側面において解決される。
The above-described problem is a method for producing a micro / nanowire on a support material, and the step (a) provides a solid support material.
(B) applying a liquid composition comprising a nucleic acid and a metal to the surface of the nanoparticle support material, and having a surface having at least one region covered by the liquid composition and at least one region not covered by the liquid composition Obtaining a solid support material having, thereby producing micro / nanowires at the end between the region covered by the liquid composition and the region not covered by the liquid composition;
(C) optionally removing nucleic acids;
This is solved in a first aspect by the method comprising:

好ましくは、金属は、白金、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛およびこれらの合金から選択され、好ましくは銀(Ag)である。
好ましい態様において、核酸は、一本鎖(ss)または二本鎖(ds)DNA、PNAまたはRNAから選択され、好ましくは二本鎖DNAである。
Preferably, the metal is selected from platinum, iron, cobalt, nickel, gold, silver, copper, iron oxide, copper oxide, zinc oxide and alloys thereof, preferably silver (Ag).
In a preferred embodiment, the nucleic acid is selected from single stranded (ss) or double stranded (ds) DNA, PNA or RNA, preferably double stranded DNA.

1つの好ましい態様において、方法工程(c)を遂行することは、必須である。また好ましいのは、工程(c)が、酵素エッチング、好ましくはヌクレアーゼ酵素、最も好ましくはデオキシリボヌクレアーゼを使用して遂行される。
本明細書に記載の発明の内容において、固体支持材料は、好ましくはSi、好ましくはSiウエハである。
1つの追加の態様において、表面張力低減剤、好ましくは界面活性剤を、液体組成物に添加する。
In one preferred embodiment, it is essential to carry out method step (c). Also preferably, step (c) is performed using an enzyme etch, preferably a nuclease enzyme, most preferably a deoxyribonuclease.
In the context of the invention described herein, the solid support material is preferably Si, preferably a Si wafer.
In one additional embodiment, a surface tension reducing agent, preferably a surfactant, is added to the liquid composition.

工程(b)に関し、この工程が、液体組成物を固体支持体上に適用し、その後液体組成物の一部を表面から除去し、液体組成物により被覆された少なくとも1つの領域および液体組成物により被覆されていない少なくとも1つの領域を有する表面を持つ固体支持材料を得る副工程を含むことが好ましい。除去を、理想的には液体組成物を剥す、切るまたは拭き取ることにより遂行する。液体組成物を剥す、切るまたは拭き取ることは、本明細書の内容において、固体支持体のレベルまで液体組成物を除去することを意味する。
したがって、以下にも説明するとおり、本発明の方法は、所定のパターンの金属ナノワイヤをシリコンウエハなどの固体支持体上に適用する容易な方法を提供する。剥す方法を使用する所定のパターンは、好ましくは電気回路などの回路であり得る。
With respect to step (b), this step applies the liquid composition onto the solid support and then removes a portion of the liquid composition from the surface and at least one region covered with the liquid composition and the liquid composition Preferably, the method includes a sub-step of obtaining a solid support material having a surface having at least one region not covered by. Removal is ideally accomplished by stripping, cutting or wiping off the liquid composition. Peeling, cutting or wiping off the liquid composition in the context of this specification means removing the liquid composition to the level of a solid support.
Therefore, as described below, the method of the present invention provides an easy method for applying a predetermined pattern of metal nanowires onto a solid support such as a silicon wafer. The predetermined pattern using the stripping method may preferably be a circuit such as an electrical circuit.

(b)における方法の一態様において、液体組成物を固体支持体の表面に適用した後、液体組成物を乾燥させ、固体支持体の表面上に金属ナノ粒子および核酸のゲル様の薄膜を得る。これを、溶媒などの乾燥剤、好ましくはエタノールを添加することにより促進してもよい。例えば、乾燥は、好ましくは少なくとも1、2、3、4、5、6もしくは7時間またはより長時間の空気乾燥であってもよい。乾燥の代わりに、液体組成物を、固体支持体にゲルまたは薄膜の形状で適用してもよい。核酸/金属ナノ粒子のゲル様または薄膜様の組成物を使用する利点は、かかる薄膜は、表面から容易に剥すことができ、それにより制御された端部が製造される。製造された端部の形状は、後のナノワイヤの鋳型である。したがって、端部が鋭利であるほど、固体支持体上におけるナノワイヤの可能な密度がより高い。   In one embodiment of the method in (b), after the liquid composition is applied to the surface of the solid support, the liquid composition is dried to obtain a gel-like thin film of metal nanoparticles and nucleic acids on the surface of the solid support. . This may be facilitated by the addition of a desiccant such as a solvent, preferably ethanol. For example, the drying may preferably be air drying for at least 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7 hours or longer. As an alternative to drying, the liquid composition may be applied to the solid support in the form of a gel or thin film. An advantage of using a gel-like or thin film-like composition of nucleic acid / metal nanoparticles is that such a thin film can be easily peeled off the surface, thereby producing a controlled edge. The shape of the manufactured end is a template for a later nanowire. Thus, the sharper the end, the higher the possible density of nanowires on the solid support.

本発明の根底にある原理を、以下により詳細に記載する。一般的に、マイクロ/ナノワイヤは、核酸/金属−ナノ粒子を端部に拡散させることにより製造される。端部に向かって拡散することにより、核酸−金属材料は、端部に蓄積し、ワイヤ構造を形成する。拡散は、いわゆる「コーヒーリング効果」により促進される。   The principle underlying the present invention is described in more detail below. In general, micro / nanowires are produced by diffusing nucleic acid / metal-nanoparticles to the ends. By diffusing towards the end, the nucleic acid-metal material accumulates at the end and forms a wire structure. Diffusion is promoted by the so-called “coffee ring effect”.

本発明の課題はさらに、マイクロ/ナノワイヤを有するシリコンウエハの製造方法であって、工程
(a)シリコンウエハを用意する、
(b)核酸および金属−ナノ粒子の複合体を含む液体組成物を用意する、
(c)液体組成物をシリコンウエハの表面上へ適用する、
(d)シリコンウエハを乾燥させ、その表面に核酸/金属−ナノ粒子薄膜を有するシリコンウエハを得る、
(e)シリコンウエハの表面から核酸/金属−ナノ粒子薄膜の一部を除去し、薄膜の端部をシリコンウエハの表面上に製造する、
(f)任意に、加水分解、好ましくは酵素加水分解により、最も好ましくはデオキシリボヌクレアーゼを使用することにより、核酸を除去する、
を含む、前記方法によって解決される。
The subject of the present invention is further a method for producing a silicon wafer having micro / nanowires, comprising the step (a) preparing a silicon wafer,
(B) providing a liquid composition comprising a nucleic acid and metal-nanoparticle complex;
(C) applying the liquid composition onto the surface of the silicon wafer;
(D) drying the silicon wafer to obtain a silicon wafer having a nucleic acid / metal-nanoparticle thin film on its surface;
(E) removing a part of the nucleic acid / metal-nanoparticle thin film from the surface of the silicon wafer, and producing an end of the thin film on the surface of the silicon wafer;
(F) optionally removing nucleic acids by hydrolysis, preferably enzymatic hydrolysis, most preferably by using deoxyribonuclease,
Which is solved by the above method.

好ましくは、工程(e)は、薄膜をシリコンウエハの表面から剥すまたは拭き取ることを含む(上記参照)。
既に上に記載されているように、工程(f)は、好ましくは必須である。
本発明の追加の面はさらに、本明細書に記載の方法を用いて製造された固体支持体またはシリコンウエハに関する。
また、本明細書に以前記載した方法の遂行を含む、電気回路チップの製造方法を提供する。
Preferably, step (e) includes peeling or wiping the thin film from the surface of the silicon wafer (see above).
As already described above, step (f) is preferably essential.
An additional aspect of the present invention further relates to a solid support or silicon wafer manufactured using the methods described herein.
Also provided is a method of manufacturing an electrical circuit chip that includes performing the method previously described herein.

別の面は、本発明の固体支持体、シリコンウエハまたはチップを含むコンピュータに関する。
そして、1つの面は、本発明の方法を用いて製造されたマイクロ/ナノワイヤに関する。
本発明は、その好ましい態様のいくつかに従い具体的に記載されているが、以下の例は、本発明を説明するためのみの役割を果たし、本発明をその最も広い解釈および均等の構成の原則および範囲内に限定することを意図しない。
Another aspect relates to a computer comprising a solid support, silicon wafer or chip of the present invention.
And one aspect relates to micro / nanowires manufactured using the method of the present invention.
Although the invention has been specifically described according to some of its preferred embodiments, the following examples serve only to illustrate the invention, and illustrate the principles of its broadest interpretation and equivalent construction. And is not intended to be limited to within limits.

図1:原子間力顕微鏡のイメージング。酵素エッチングの(a)前および(b)後ならびにAgワイヤの(c)高さプロファイルおよび(c)三次元構造の光学イメージを説明する接触モードAFMイメージング。Figure 1: Atomic force microscope imaging. Contact mode AFM imaging illustrating (a) before and after (b) enzyme etching and (c) height profile and (c) optical image of three-dimensional structure of Ag wire. 図2:元素組成分析。イメージ(a)、(b)および(c)は、Siウエハ上でのAgナノ粒子の分布を示す。グラフは、ウエハ基板にわたり異なる地点;薄膜内部、ワイヤ上および切断部上、を表す緑色の点で測定されたAg分布を明示する。Figure 2: Elemental composition analysis. Images (a), (b) and (c) show the distribution of Ag nanoparticles on the Si wafer. The graph demonstrates the Ag distribution measured at the green dots representing different points across the wafer substrate; inside the thin film, on the wire and on the cut.

発明の詳細な説明
本発明において、本発明者らは、これらの障害を克服するのを助けるために、2つの新規の発想を用いた;制御されたスクライビングに向かうDNA−Ag分子の毛細管力誘導流動およびSiウエハ上のDNA足場材料の酵素エッチング。提案された技術は、スクライビング前にDNA−Agナノ粒子(NPs)薄膜の自己集合性質を活用する。その後、「乾燥」効果の結果としての毛細管力は、NPsがスクライビングに移行して薄膜上に金属−DNAパターンを形成するのを誘導する。
Detailed Description of the Invention In the present invention, we have used two novel ideas to help overcome these obstacles; capillary force induction of DNA-Ag molecules towards controlled scribing Flow and enzyme etching of DNA scaffold material on Si wafer. The proposed technique takes advantage of the self-assembled nature of DNA-Ag nanoparticle (NPs) thin films before scribing. The capillary force as a result of the “dry” effect then induces NPs to transition to scribing to form a metal-DNA pattern on the thin film.

そして、酵素エッチングを、不要なDNA材料を除去するために利用し、Agワイヤのみをウエハ上に得る。原子間力顕微鏡(AFM)測定は、これを確認し、粒状ワイヤ構造を示す一方、走査電子顕微鏡−エネルギー分散X線(SEM−EDX)は、ワイヤ上の有意により多い量のAgNPsの堆積を証明する。これらの観察は、表面走査の金属領域を確認し、サブミクロンからナノメートルの寸法のAg集合を示す。よって、我々の方法の潜在的な用途は、マイクロ〜ナノメートルの分解能のパターン形成可能な金属ワイヤの作製において用いることができる。本発明者らは、これらを次に、最終的にエレクトロニクスにおける小型化のために必要な制御された形式で元素間のペーシング(pacing)を低減するためおよび配線のパッキング(packing)を増加させるために、使用することができた。   Enzyme etching is then used to remove unwanted DNA material and only Ag wires are obtained on the wafer. Atomic force microscopy (AFM) measurements confirm this and show a granular wire structure, while scanning electron microscopy-energy dispersive x-ray (SEM-EDX) demonstrates the deposition of significantly higher amounts of AgNPs on the wire To do. These observations confirm the metal regions of the surface scan and show Ag aggregates with submicron to nanometer dimensions. Thus, potential applications of our method can be used in the fabrication of micro-to-nanometer resolution patternable metal wires. We will then use these to reduce inter-element pacing and increase interconnect packing in the controlled manner necessary for miniaturization in electronics. Could be used.

材料および方法
シリコンウエハ基板の準備
寸法が2.0インチ×0.5mmのシリコンウエハ(片面研磨、<100>、n型、ドーピングなし)を英国Sigma社から購入し、使用前に冷蔵庫に保管した(約4℃)。この研究において使用されたウエハは、1度のみ使用され、供給元からの新品であることから、さらなる洗浄は不要であった。
Materials and methods
A silicon wafer having a silicon wafer substrate preparation size of 2.0 inches × 0.5 mm (single-side polished, <100>, n-type, undoped) was purchased from Sigma, UK and stored in a refrigerator before use (about 4 ° C). The wafers used in this study were used only once and were new from the supplier, so no further cleaning was necessary.

銀ナノ粒子のインキュベーション
0.5mlの脱イオン水(18.2MΩ.cm)を、大腸菌RR1からの凍結乾燥されたpBR322DNA(MW2.9×10Da)(英国Sigma社)を含有するバイアルで混合した。400μLのこのDNA溶液を、水性緩衝液(英国Sigma社)中400μLのAgナノ粒子分散体(10nm粒径、0.2mg.mL−1)と混合し、ハイブリット溶液を形成した。そして、この溶液を、一晩インキュベートし、金属銀集合体をDNA分子に結合させた。
Incubation of silver nanoparticles 0.5 ml deionized water (18.2 MΩ.cm) was mixed in a vial containing lyophilized pBR322 DNA (MW 2.9 × 10 6 Da) from E. coli RR1 (Sigma, UK) did. 400 μL of this DNA solution was mixed with 400 μL of Ag nanoparticle dispersion (10 nm particle size, 0.2 mg · mL −1 ) in aqueous buffer (Sigma, UK) to form a hybrid solution. This solution was then incubated overnight to allow the metallic silver aggregate to bind to the DNA molecules.

DNA−AgNPsワイヤの作製
マイクロピペットを使用して、50μLのDNA−AgNPs溶液をシリコンウエハ上に移動させる。15分後、1滴のエタノール(10μL)を液滴上に適用し、空気中に一晩放置して乾燥させた。スクライビングを、手術用の刃を使用して行い、目視間隔または切断部が観察された。そして、DNA足場の除去を、酵素加水分解に先行させた。DNA−AgNp薄膜を含有するシリコンウエハを、牛膵臓からの2mg.mL−1デオキシリボヌクレアーゼI(英国Sigma社)、および酵素活性化のための2mMの塩化マグネシウム(英国Sigma社)を含む10mL溶液の1mMリン酸カリウム緩衝液pH7.4に浸漬した。
Preparation of DNA-AgNPs wire Using a micropipette, transfer 50 μL of DNA-AgNPs solution onto a silicon wafer. After 15 minutes, 1 drop of ethanol (10 μL) was applied onto the drop and left to dry overnight in air. Scribing was performed using a surgical blade and visual spacing or cuts were observed. The removal of the DNA scaffold was then preceded by enzymatic hydrolysis. A silicon wafer containing a DNA-AgNp thin film was prepared from 2 mg. It was immersed in 10 mM solution of 1 mM potassium phosphate buffer pH 7.4 containing mL- 1 deoxyribonuclease I (Sigma, UK) and 2 mM magnesium chloride (Sigma, UK) for enzyme activation.

AFMイメージング
AFM表面および電気イメージング(Veeco Dimension 3100)を、接触モードの先端を有するAFMプローブ(アンチモン(n)ドープしたSiを備えたModel SCM-PIC)を使用して行った。
SEM−EDX測定
元素分析を、米国FEI社のSEM−EDX装置モデルVerios 460を使用して行った。
AFM imaging AFM surface and electrical imaging (Veeco Dimension 3100) were performed using an AFM probe (Model SCM-PIC with antimony (n) doped Si) with a contact mode tip.
SEM-EDX measurement elemental analysis was performed using an SEM-EDX instrument model Verios 460 from FEI, USA.

例1:Agマイクロワイヤの作製
作製プロセスは、3つの主要な段階を伴う;DNA−AgNPs懸濁液の自己集合、回路のスクライビングまたは描画、および酵素加水分解プロセスを使用したDNA除去(8)。最初の段階は、きれいなSiウエハ上に1滴(50μL)のこの懸濁液を置くことを伴い、約10μLのエタノールの適用が続き、空気中で乾燥させる。エタノールは、DNAの濃縮および脱水に働き、ウエハ上でそれらに機械的安定性9を付与する。そして、ゲル様薄膜残渣が、一晩放置して乾燥させたときの水分子の蒸発後に観察された。その後、切断を、スクライビング方法を使用してウエハレベルまで行い、その端部を効果的に引き離した。ハイブリッド薄膜のゲル様性質のため、柔軟なDNA−AgNPsの流動性が、切断部に向かって生じる。これは、切断部の端部からの毛細管流動により図1aに観察されるより高い材料密度により実証された。そして、DNA足場の酵素エッチングを、酵素デオキシリボヌクレアーゼを使用して行った(8)、光学イメージは、差異を示す;図1bにおいて、酵素処理後に、よりきれいな見た目の基板がみられる。
Example 1: Fabrication of Ag microwires The fabrication process involves three major steps; DNA-AgNPs suspension self-assembly, circuit scribing or drawing, and DNA removal using an enzymatic hydrolysis process (8). The first step involves placing a drop (50 μL) of this suspension on a clean Si wafer followed by application of about 10 μL of ethanol and drying in air. Ethanol acts on the concentration and dehydration of DNA and imparts them mechanical stability 9 on the wafer. And gel-like thin film residues were observed after evaporation of water molecules when allowed to dry overnight. Thereafter, cutting was performed to the wafer level using a scribing method and the edges were effectively pulled apart. Due to the gel-like nature of the hybrid thin film, the flowability of flexible DNA-AgNPs occurs towards the cut. This was demonstrated by the higher material density observed in FIG. 1a due to capillary flow from the end of the cut. Enzyme etching of the DNA scaffold was then performed using the enzyme deoxyribonuclease (8), the optical image shows the difference; in FIG. 1b, a cleaner looking substrate is seen after the enzyme treatment.

例2:銀ワイヤの表面形態
図1は、作製したAgワイヤの構造を明確に示す。光学イメージは、スクライビングの両側面の端部でのより高い材料密度を示す(図1a)。この観察は、毛細管力の結果としての溶液の乾燥滴に見られる「コーヒーリング」効果10と一致し、連続粒状ワイヤ構造をもたらす(図1cおよびd)。測定が、時折800nmまでの急な山形がある、およそ200〜400nm平均の高さの値を示す一方、幅は、10μm未満が測定された。これらの値は、サブミクロンからナノメートルスケールの寸法の作製が成功したことを明らかに示す。
Example 2: Surface morphology of silver wire FIG. 1 clearly shows the structure of the fabricated Ag wire. The optical image shows a higher material density at the ends of both sides of the scribing (FIG. 1a). This observation is consistent with the “coffee ring” effect 10 seen in dry droplets of the solution as a result of capillary forces, resulting in a continuous granular wire structure (FIGS. 1c and d). Measurements show average height values of approximately 200-400 nm with occasional steep peaks up to 800 nm, while widths of less than 10 μm were measured. These values clearly indicate the successful fabrication of submicron to nanometer scale dimensions.

例3:SEM−EDX分析
本発明者らはまた、Agワイヤの作製の成功を実証するために、ウエハ基板の異なる領域に沿って元素組成を調査した(図2)。結果は、他の領域と比較してワイヤ構造に沿った有意に高いパーセンテージのAgを示す。図2は、ワイヤ(a)、薄膜(b)の内部および切断領域上のAgの分布を強調する。予想したとおり、金属ナノ粒子の堆積は、ワイヤ構造に沿ってのみみることができ、毛細管力により他の2つの領域ではほとんどみられなかった。
Example 3: SEM-EDX analysis We also investigated the elemental composition along different regions of the wafer substrate to demonstrate the successful fabrication of Ag wires (Figure 2). The results show a significantly higher percentage of Ag along the wire structure compared to the other regions. FIG. 2 highlights the distribution of Ag inside the wire (a), thin film (b) and on the cut area. As expected, metal nanoparticle deposition could only be seen along the wire structure and was rarely seen in the other two regions due to capillary forces.

この研究において我々が説明した技術は、金属マイクロおよびナノワイヤのDNA支援作製における進展を現在妨害している主要な障害の克服に向かって2つの新規のブレークスルーを導入する。我々の方法は、他に比べていくつかの利点があり、主に、物理的に作られた切開またはスクライビングに向かうDNAAgNPの自然の毛細管力が駆動する拡散の洗練された使用、それに続くAgワイヤ構造のみを得るためにデオキシリボヌクレアーゼを使用したDNA足場の生化学的酵素エッチングである。後者の工程は、ナノエレクトロニックアーキテクチャへの組込みのためのきれいなワイヤのみの基板を調製することへの重要な進歩を導入する。第1の工程は一方で、先に報告された任意のワイヤおよびパターンの作製(6、7、11〜13)と異なり、毛細管力を利用することによって「描画」金属ワイヤにおいて高度な可制御性および柔軟性を可能にする。   The technology we have described in this study introduces two new breakthroughs to overcome the major obstacles currently hindering progress in DNA-assisted fabrication of metal micro and nanowires. Our method has several advantages over others, mainly the sophisticated use of diffusion driven by the natural capillary force of DNAAgNP towards a physically made incision or scribing, followed by an Ag wire Biochemical enzyme etching of DNA scaffolds using deoxyribonuclease to obtain structure only. The latter process introduces an important advancement in preparing clean wire-only substrates for incorporation into nanoelectronic architectures. The first step, on the other hand, differs from the previously reported arbitrary wire and pattern creation (6, 7, 11-13) in that it is highly controllable in “draw” metal wires by utilizing capillary forces. And allow flexibility.

毛細管力は、液滴に沿って存在する比較差により誘導され、それによって端部から蒸発する水が、大量の水により補充される。この現象のため、DNA分子が、端部に向かってAgNPsを「引っ張り」および堆積させ、ワイヤの形成をもたらす。蒸発プロセスはまた、端部に沿ってDNAAgNPsを堆積するのに有害な液滴内におけるマランゴニ対流を誘導する(14)。強力なマランゴニ対流は、粒子が中央へ戻る再分布を引き起こす。表面張力を低減させる界面活性剤の添加によるこの対流の混乱は、ワイヤ領域に沿って堆積を増加させ得、Agワイヤの構造的および電気的性質を改善する。   Capillary force is induced by the comparative difference that exists along the droplet, so that the water evaporating from the edge is replenished with a large amount of water. Because of this phenomenon, DNA molecules “pull” and deposit AgNPs towards the ends, resulting in the formation of wires. The evaporation process also induces Marangoni convection in the droplets that are harmful to deposit DNAAgNPs along the edges (14). Strong Marangoni convection causes redistribution of particles back to the center. This convective disruption due to the addition of surfactants that reduce surface tension can increase deposition along the wire region, improving the structural and electrical properties of the Ag wire.

「描画」分解能はまた、非常に改善され、リソグラフィおよび他のナノスケールの技術を利用することにより容易に操作することができる(15〜16)。この方法を使用した描画パターンの容易さと合わせて、ナノメートル寸法のワイヤ分解能はさらに、単一分子エレクトロニクスへの研究を促進し得る。さらに、この提案された組立およびパターン形成手順により、従前の研究(1〜3、6、7、11〜13)と比較してより低コストでより低いプロセスの複雑性での柔軟性が可能となる。そのようなものとして、我々は、これらの現在の発見の成果を描画幅の低減と共に予測し、実用的なナノパターニングおよびナノエレクトロニクス一般の開発の進行を大きく促進させる。   “Drawing” resolution is also greatly improved and can be easily manipulated by utilizing lithography and other nanoscale techniques (15-16). Combined with the ease of drawing patterns using this method, nanometer-sized wire resolution may further facilitate research into single molecule electronics. In addition, this proposed assembly and patterning procedure allows for lower cost and lower process complexity flexibility compared to previous studies (1-3, 6, 7, 11-13). Become. As such, we anticipate the outcomes of these current discoveries with a reduction in drawing width, greatly facilitating the development of practical nanopatterning and nanoelectronics in general.

参考文献
References

Claims (24)

支持材料上におけるマイクロ/ナノワイヤの製造方法であって、工程
(a)固体支持材料を用意する、
(b)核酸および金属ナノ粒子を含む液体組成物を支持材料の表面に適用し、液体組成物により被覆された少なくとも1つの領域および液体組成物により被覆されていない少なくとも1つの領域を有する表面を持つ固体支持材料を得る、それによって液体組成物により被覆された領域および液体組成物により被覆されていない領域の間の端部にマイクロ/ナノワイヤを製造する、
(c)任意に、核酸を除去する、
を含む、前記方法。
A method for producing micro / nanowires on a support material, the step (a) providing a solid support material,
(B) applying a liquid composition comprising nucleic acids and metal nanoparticles to the surface of the support material, and having a surface having at least one region covered by the liquid composition and at least one region not covered by the liquid composition Obtaining a solid support material having, thereby producing micro / nanowires at the end between the region covered by the liquid composition and the region not covered by the liquid composition;
(C) optionally removing nucleic acids;
Said method.
金属が、白金、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛およびこれらの合金から選択され、好ましくは銀(Ag)である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the metal is selected from platinum, iron, cobalt, nickel, gold, silver, copper, iron oxide, copper oxide, zinc oxide and alloys thereof, preferably silver (Ag). 核酸が、一本鎖(ss)または二本鎖(ds)DNA、PNAまたはRNAから選択され、好ましくは二本鎖DNAである、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the nucleic acid is selected from single-stranded (ss) or double-stranded (ds) DNA, PNA or RNA, preferably double-stranded DNA. 工程(c)が、必須である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein step (c) is essential. (c)が、酵素エッチング、好ましくはヌクレアーゼ酵素、最も好ましくはデオキシリボヌクレアーゼを使用して行われる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein (c) is performed using enzyme etching, preferably nuclease enzyme, most preferably deoxyribonuclease. 固体支持材料が、Si、好ましくはSiウエハである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the solid support material is Si, preferably a Si wafer. (b)が、液体組成物を固体支持体上に適用し、その後液体組成物の一部を表面から除去し、液体組成物により被覆された少なくとも1つの領域および液体組成物により被覆されていない少なくとも1つの領域を有する表面を持つ固体支持材料を得る工程を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。   (B) applies the liquid composition onto the solid support and then removes part of the liquid composition from the surface and is not covered by the liquid composition and at least one region covered by the liquid composition 7. A method according to any one of the preceding claims comprising the step of obtaining a solid support material having a surface having at least one region. 除去を、液体組成物を剥す、切るまたは拭き取ることにより遂行する、請求項7に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein removal is accomplished by peeling, cutting or wiping the liquid composition. 所定のパターンが、回路である、請求項7または8に記載の方法。   The method according to claim 7 or 8, wherein the predetermined pattern is a circuit. (b)において、液体組成物を固体支持体の表面に適用した後、液体組成物を乾燥させ、固体支持体の表面上に金属ナノ粒子および核酸のゲル様の薄膜を得る、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。   In (b), after applying the liquid composition to the surface of the solid support, the liquid composition is dried to obtain a gel-like thin film of metal nanoparticles and nucleic acid on the surface of the solid support. 10. The method according to any one of items 9. 乾燥を、溶媒などの乾燥剤、好ましくはエタノールを添加することにより促進する、請求項10に記載の方法。   11. A process according to claim 10, wherein drying is accelerated by adding a drying agent such as a solvent, preferably ethanol. 乾燥が、好ましくは少なくとも1、2、3、4、5、6もしくは7時間またはより長時間の空気乾燥である、請求項11に記載の方法。   12. A process according to claim 11, wherein the drying is preferably air drying for at least 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7 hours or longer. 前記液体組成物を、固体支持体にゲルまたは薄膜の形状で適用する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。   13. A method according to any one of claims 1 to 12, wherein the liquid composition is applied to a solid support in the form of a gel or a thin film. マイクロ/ナノワイヤを、核酸/金属−ナノ粒子を端部に拡散させることにより製造する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。   14. A method according to any one of the preceding claims, wherein the micro / nanowire is produced by diffusing nucleic acid / metal-nanoparticles at the ends. マイクロ/ナノワイヤを有するシリコンウエハの製造方法であって、工程
(a)シリコンウエハを用意する、
(b)核酸および金属−ナノ粒子の複合体を含む液体組成物を用意する、
(c)液体組成物をシリコンウエハの表面上へ適用する、
(d)シリコンウエハを乾燥させ、その表面に核酸/金属−ナノ粒子薄膜を有するシリコンウエハを得る、
(e)シリコンウエハの表面から核酸/金属−ナノ粒子薄膜の一部を除去し、薄膜の端部をシリコンウエハの表面上に製造する、
(f)任意に、加水分解、好ましくは酵素加水分解により、最も好ましくはデオキシリボヌクレアーゼを使用することにより、核酸を除去する、
を含む、前記方法。
A method for producing a silicon wafer having micro / nanowires, comprising: (a) preparing a silicon wafer;
(B) providing a liquid composition comprising a nucleic acid and metal-nanoparticle complex;
(C) applying the liquid composition onto the surface of the silicon wafer;
(D) drying the silicon wafer to obtain a silicon wafer having a nucleic acid / metal-nanoparticle thin film on its surface;
(E) removing a part of the nucleic acid / metal-nanoparticle thin film from the surface of the silicon wafer, and producing an end of the thin film on the surface of the silicon wafer;
(F) optionally removing nucleic acids by hydrolysis, preferably enzymatic hydrolysis, most preferably by using deoxyribonuclease,
Said method.
(e)が、薄膜をシリコンウエハの表面から剥すまたは拭き取ることを含む、請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein (e) comprises peeling or wiping the thin film from the surface of the silicon wafer. 金属が、白金、鉄、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛およびこれらの合金から選択され、好ましくは銀(Ag)である、請求項15または16に記載の方法。   The metal according to claim 15 or 16, wherein the metal is selected from platinum, iron, cobalt, nickel, gold, silver, copper, iron oxide, copper oxide, zinc oxide and alloys thereof, preferably silver (Ag). Method. 核酸が、一本鎖(ss)または二本鎖(ds)DNA、PNAまたはRNAから選択され、好ましくは二本鎖DNAである、請求項15〜17のいずれか一項に記載の方法。   18. A method according to any one of claims 15 to 17, wherein the nucleic acid is selected from single stranded (ss) or double stranded (ds) DNA, PNA or RNA, preferably double stranded DNA. 工程(f)が、必須である、請求項15〜18のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 15 to 18, wherein step (f) is essential. マイクロ/ナノワイヤを、核酸/金属−ナノ粒子の複合体を薄膜端部に拡散させることにより製造する、請求項15〜19のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 15 to 19, wherein the micro / nanowire is produced by diffusing a nucleic acid / metal-nanoparticle complex to the end of the thin film. 請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法を用いて製造された固体支持体またはシリコンウエハ。   A solid support or a silicon wafer manufactured using the method according to claim 1. 請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法の遂行を含む、電気回路チップの製造方法。   21. A method of manufacturing an electrical circuit chip, comprising performing the method according to any one of claims 1-20. 請求項21または22に記載の固体支持体、シリコンウエハまたはチップを含むコンピュータ。   23. A computer comprising a solid support, silicon wafer or chip according to claim 21 or 22. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法を用いて製造されたマイクロ/ナノワイヤ。   A micro / nanowire manufactured using the method according to any one of claims 1-14.
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