يتم تقديم بروتوكول للنمو الخالي من البذور والإنتاجية العالية لمصفوفات الأسلاك النانوية البزموت من خلال تقنية التبخر الحراري الفراغي.
مقالة منهجية
يتم تقديم بروتوكول للنمو الخالي من البذور والإنتاجية العالية لمصفوفات الأسلاك النانوية البزموت من خلال تقنية التبخر الحراري الفراغي.
هنا يتجلى تقنية البذور وخالية من القالب لscalably تنمو أسلاك البزموت، من خلال التبخير الحراري في فراغ عالية في RT. محفوظة التقليدية لتصنيع الأغشية الرقيقة المعدنية، والودائع التبخر الحرارية البزموت إلى مجموعة من رأسية أسلاك بلوري واحد على طبقة رقيقة مسطحة من الفاناديوم الذي عقد في RT، الذي يترسب حديثا من قبل الاخرق المغناطيسية أو التبخير الحراري. عن طريق التحكم في درجة حرارة الركيزة نمو الطول والعرض للأسلاك يمكن ضبطها على نطاق واسع. المسؤول عن هذه التقنية الرواية هو آلية نمو أسلاك متناهية الصغر لم تكن معروفة سابقا أن جذور في مسامية خفيفة للفيلم رقيقة الفاناديوم. تسللت إلى داخل المسام الفاناديوم، والمجالات البزموت (~ 1 نانومتر) تحمل طاقة السطح المفرطة التي يقمع نقطة انصهار ويطرد باستمرار لهم للخروج من مصفوفة الفاناديوم لتشكيل أسلاك. يوضح هذا الاكتشاف جدوى بخار قابلة للمرحلة موالفةESIS عالية النقاء المواد النانوية دون استخدام أي محفزات.
أسلاك تحصر نقل حاملات الشحنة وأشباه الجسيمات الأخرى، مثل الفوتونات والبلازمونات في بعد واحد. وفقا لذلك، أسلاك عادة ما تظهر خواص كهربائية أو مغناطيسية أو ضوئية وكيماوية جديدة، التي تمنح لهم إمكانات لا نهائية تقريبا للتطبيقات في مجال الإلكترونيات والضوئيات، والتقنيات متناهية الصغر / النانو الحيوية الطبية والبيئية والمتعلقة بالطاقة. 1،2 خلال العقدين الماضيين، عددا وقد وضعت نهج من أسفل إلى أعلى من أعلى إلى أسفل والتوليف مجموعة واسعة من المعادن ذات جودة عالية أو أسلاك أشباه الموصلات في نطاق المختبر. 3-6 وعلى الرغم من هذه التطورات، يعتمد كل نهج على بعض الخصائص الفريدة للمنتج النهائي لنجاحها. على سبيل المثال، بخار السائل الصلبة (VLS) طريقة شعبية هو أفضل لائقا للمواد أشباه الموصلات التي لها نقطة انصهار أعلى وتشكيل سبائك سهل الانصهار مع "بذور" الحفازة الموافق 7 ونتيجة لذلك، والتوليف من أسلاك متناهية الصغرمواد ذات أهمية خاصة قد لا تكون مشمولة التقنيات الحالية.
ونتيجة لsemimetal مع قليل التداخل غير المباشر الفرقة (-38 إلكترون فولت في 0 K) وحاملات الشحنة الخفيفة على نحو غير عادي، البزموت هو أحد الأمثلة على ذلك. المادة سلوك مختلفة جذريا في خفض البعد بالمقارنة مع حجمها، والحبس الكم يمكن أن يتحول أسلاك البزموت أو الأغشية الرقيقة إلى ضيق الفجوة الفرقة أشباه الموصلات. 8-12 وفي هذه الأثناء، سطح أشكال البزموت معدن شبه ثنائي الأبعاد هذا هو أكثر بكثير معدنية من حجمها. 13،14 وقد تبين أن سطح البزموت يحقق حراكا الإلكترون من 2 × 10 4 سم 2 V -1 ثانية -1 ويساهم بقوة لقوتها الحرارية في شكل أسلاك متناهية الصغر. و15 هذا، هناك مصالح كبيرة على دراسة أسلاك البزموت لالإلكترونية وخاصة التطبيقات الحرارية. 12-16 ومع ذلك، ويرجع ذلك إلى البزموت ومنخفضة جدانقطة الانصهار (544 K) والاستعداد للأكسدة، فإنه لا يزال يشكل تحديا لالتوليف جودة عالية وأسلاك واحدة البلورية البزموت باستخدام مرحلة البخار أو حل تقنيات المرحلة التقليدية.
سابقا، وقد أبلغ من قبل بعض المجموعات التي بلوري واحد أسلاك البزموت تنمو في العائد المنخفض خلال ترسب فراغ طبقة رقيقة البزموت، وهو ما يرجع إلى الإفراج عن الإجهاد في صلب الفيلم. 17-20 وفي الآونة الأخيرة، اكتشفنا رواية الاسلوب الذي يقوم على التبخير الحراري من البزموت تحت فراغ عالية ويؤدي إلى تشكيل قابلة للواحدة أسلاك البلورية البزموت في ارتفاع العائد. 21 مقارنة بما سبق وذكرت وسائل، وأهم ميزة فريدة من هذا الأسلوب هو أن الركيزة النمو هي المغلفة طازجة مع طبقة رقيقة من nanoporous الفاناديوم قبل البزموت الترسيب. أثناء التبخير الحراري الأخير، بخار البزموت تتسرب إلى هيكل nanoporous من الشاحنةل Adium فيلم ويتكثف هناك كما nanodomains. لأنه لا ترطب الفاناديوم من قبل البزموت المكثف، وexpulsed المجالات تسلل في وقت لاحق من المصفوفة الفاناديوم لإطلاق الطاقة سطحها. هو الطرد المستمر للnanodomains البزموت التي تشكل أسلاك البزموت العمودية. منذ المجالات البزموت ليست سوى 1-2 نانومتر في قطر، فإنها تخضع لكبير قمع نقطة ذوبان، مما يجعلها المنصهر تقريبا في RT. ونتيجة لذلك، يمضي نمو الأسلاك النانوية مع الركيزة التي عقدت في RT. من ناحية أخرى، والهجرة من المجالات البزموت تنشيط حراريا، يمكن ضبطها الطول والعرض للأسلاك على نطاق واسع ببساطة عن طريق التحكم في درجة حرارة الركيزة النمو. ويهدف هذا البروتوكول فيديو تفصيلي لمساعدة ممارسي هذه المهنة في مجال تجنب مختلف المشاكل الشائعة المرتبطة ترسيب البخار المادي للأغشية رقيقة في فراغ عالية، بيئة خالية من الأكسجين.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تنبيه: يرجى التشاور مع جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل الاستخدام. قد يكون النانوية مخاطر إضافية مقارنة مع نظرائهم الأكبر. الرجاء استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة عند التعامل مع ركائز المغطاة المواد متناهية الصغر، بما في ذلك استخدام ضوابط هندسية (هود الدخان)، ومعدات الوقاية الشخصية (النظارات الواقية، والقفازات، معطف المختبر، وطول السراويل كاملة مغلقة اصبع القدم أحذية).
1. العمل التحضيرية
2. نمو البزموت الأسلاك المتناهية الصغر
ملاحظة: هذه التجربة لا يتحرك إلى الخطوة التالية حتى وصلت الى ضغط قاعدة للغرفة ترسب 2 × 10 -6 عربة أو أقل.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وتعرض الصور SEM مستعرضة من underlayers الفاناديوم التي شكلتها الاخرق المغناطيسية وطرق التبخير الحراري في الشكل 2. المجهر الإلكتروني ترد (SEM) وصور للأسلاك البزموت تشكلت في درجات الحرارة الركيزة مختلفة (الشكل 3). يتم تحديد التركيب البلوري للأسلاك البزموت من خلال المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، الانتقائية حيود الإلكترون منطقة (SAED)، وحيود الأشعة السينية (XRD) دراسات (الشكل 4). تحليل العناصر التي التشتت الطاقة التحليل الطيفي للأشعة ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
نمو الأسلاك النانوية البزموت هو أن تجرى في نظام ترسيب البخار المادي مع اثنين على الأقل من مصادر ترسب، واحدة للالبزموت وآخر للالفاناديوم. فمن المستحسن أن أحد المصادر هو مصدر الاخرق المغنطرون، لترسب الفاناديوم. ويتحقق فراغ عالية من مضخات turbomolecular مدعومة مضخة التمرير الجافة. وقد تم تجهيز نظام ترسيب البخار مع توازن دقيق معايرة الكريستال الكوارتز (QCM) لرصد سمك في الموقع. نظام ترسيب البخار ديه feedthroughs الكهربائية للحلقة مغلقة التحكم في درجة الحرارة من ركائز النمو. وي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.
يتم إجراء البحث في مركز المواد النانوية الوظيفية ، مختبر بروكهافن الوطني ، والذي تدعمه وزارة الطاقة الأمريكية ، مكتب علوم الطاقة الأساسية ، بموجب العقد رقم. DE-SC0012704.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| البزموت | سيجما ألدريتش | 556130 | حبيبي ، 99.999٪ |
| سبيكة الفاناديوم | ألفا إيسار | 42829 | 3.175 مم (0.125 في) ضياء × 6.35 ؛ مم (0.25 في) الطول ، 99.8٪ |
| هدف الاخرق الفاناديوم | Kurt J. Lesker | EJTVXXX253A2 | 3.00 بوصة ضياء × 0.125 بوصة سميكة ، 99.5٪ |
| أسيتون | سيجما ألدريتش | 179124 | >99.5٪ |
| إيثانول | ألفا إيسار | 33361 | |
| رقائق | رقاقة السيليكون | 300 ميكرون بسماكة ، (100) اتجاه | |
| إيبوكسي مملوء بالفضة | أعمال الدائرة | CW2400 | راتنجات الايبوكسي الموصلة من جزأين |
| قارب التنغستن ، الألومينا المغلفة | R.D. Mathis | S9B-AO-W | للتبخر الحراري البزموت |
| قارب التنغستن | RD Mathis | S4-.015W | للتبخر الحراري للفاناديوم |
| RIE Plasma | Nordson March | CS-1701 | |
| PVD 75 منصة ترسيب | البخار Kurt J. Lesker | PEDP75FTCLT001 | مجهزة بثلاثة مصادر تبخر حراري ومصدر اخرق مغنطرون تيار مستمر |
| وحدة تحكم في درجة الحرارة الكهروحرارية | LairdTech | MTTC-1410 | |
| PT1000 RGD | LairdTech | 340912-01 | مستشعر درجة الحرارة ل MTTC-1410 |
| وحدة كهروحرارية | LairdTech | 56910-502 | |
| Ultrasonicator | Crest Ultrasonics | ترو سويپ 175 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن