Method Article

Seedless Wachstum von Wismut Nanodraht-Array über Vacuum Thermal Evaporation

DOI:

10.3791/53396

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December 21st, 2015

 ,  , 
1Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory

In This Article

Summary

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Ein Protokoll für das kernlose und hohe Ertragswachstum von Bismut-Nanodraht-Arrays durch thermische Vakuumverdampfungstechnik wird vorgestellt.

Abstract

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Hier wird eine kernlose und Template-freie Technik wird gezeigt, skalierbar wachsen Bismut-Nanodrähten durch thermische Verdampfung im Hochvakuum bei RT. Herkömmlicherweise für die Herstellung von dünnen Metallfolien, die thermische Verdampfung Ablagerungen Wismut in eine Anordnung von vertikalen einkristalline Nanodrähte über eine flache Dünnfilm Vanadium bei RT gehalten, die frisch durch Magnetron-Sputtern oder thermische Verdampfung abgeschieden ist reserviert. Durch die Steuerung der Temperatur des Wachstumssubstrat die Länge und Breite der Nanodrähte können über einen weiten Bereich eingestellt werden. Verantwortlich für diese neue Technik ist eine bisher unbekannte Nanodrahtwachstumsmechanismus, die Wurzeln in der milden Porosität des Vanadium-Dünnfilm. In die Vanadium Poren infiltriert, die Wismut-Domains (~ 1 nm) durchführen zu hohe Oberflächenenergie, die ihren Schmelzpunkt unterdrückt und kontinuierlich treibt sie aus dem Vanadium-Matrix, um Nanodrähte bilden. Diese Entdeckung zeigt die Durchführbarkeit von skalierbaren Dampfphase synthESIS von hochreinen Nanomaterialien ohne Verwendung von Katalysatoren.

Introduction

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Nanodrähte beschränken den Transport von Ladungsträgern und anderen Quasiteilchen wie Photonen und Plasmonen in einer Dimension. Dementsprechend Nanodrähte weisen in der Regel neuartigen elektrischen, magnetischen, optischen und chemischen Eigenschaften, die sie für Anwendungen in der Mikro- / Nanoelektronik, Photonik, Medizintechnik, Umwelt- und Energie-Technologien zu gewähren nahezu unendlichen Potenzial. 1,2 Während der letzten zwei Jahrzehnte, zahlreiche Top-down- und Bottom-up-Ansätze wurden entwickelt, um eine breite Palette von hochwertigen Metall- oder Halbleiter-Nanodrähte im Labormaßstab. 3-6 Trotz dieser Entwicklungen Synthese beruht....

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Protocol

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Achtung: Bitte beachten Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (MSDS) vor dem Gebrauch. Nanomaterialien können zusätzliche Gefahren im Vergleich zu ihren Großgegenstück haben. Bitte verwenden Sie alle geeigneten Sicherheitspraktiken beim Umgang mit Nanomaterialien bedeckten Substrate, einschließlich der Verwendung von technischen Massnahmen verwendet (Abzug) und persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Labormantel, in voller Länge Hosen, geschlossene Schuhe).

1. Vorbereitende Arbeiten

  1. Herstellung Aufdampfanlage
    1. Entlüften Sie die Abscheidungskammer auf Atmosphärendruck und öffnen Sie die Kammer. Die Entlüftung wird durch....

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Results

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Die Querschnitts SEM-Bilder der Vanadiumunterschichten mittels Magnetron-Sputtern und thermische Verdampfungsverfahren gebildet werden, in Fig. 2 Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Bilder für Bismut-Nanodrähte bei verschiedenen Substrattemperaturen gebildet (Figur 3) dargestellt dargestellt. Die Kristallstruktur der Wismutnanodrähte wird durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), selektiven Bereichselektronenbeugung (SAED) und Röntgenbeugung (XRD) Studien (Figur 4) .......

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Discussion

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Das Wachstum der Nanodrähte Wismut ist, in einer physikalischen Dampfabscheidungssystem mit zumindest zwei Abscheidungsquellen, eine für Wismut und anderen für Vanadium durchgeführt werden. Es wird empfohlen, eine der Quellen ist eine Magnetronsputtervorrichtung Quelle für die Abscheidung von Vanadium. Hochvakuum wird durch eine Turbomolekularpumpen mit einer trockenen Spiralpumpe gesichert erreicht. Die Aufdampfanlage wird mit einer kalibrierten Quarzmikrowaage (QCM) zur in situ Dickenüberwachungsgeräte. Das D.......

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Disclosures

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Autoren haben nichts offenzulegen.

Acknowledgements

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Die Forschung wird am Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory, durchgeführt, das vom U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, unter der Vertragsnummer unterstützt wird. DE-SC0012704.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
WismutSigma-Aldrich556130Granulat, 99.999%
Vanadium SlugAlfa Aesar428293.175  mm (0,125  Zoll) Durchmesser x 6,35  mm (0,25  Zoll) Länge, 99,8 %
Vanadium-SputtertargetKurt J. LeskerEJTVXXX253A23,00" Durchmesser x 0,125" Dicke, 99,5 %
AcetonSigma-Aldrich179124>99,5 %
EthanolAlfa Aesar33361Wasserfreier
SiliziumwaferUniversitätswafermit einer Dicke von 300 Mikrometern, (100) Ausrichtung
Silbergefülltes EpoxidharzCircuit WorksCW2400Zweiteiliges leitfähiges Epoxidharz
Wolframschiffchen, AluminiumoxidbeschichtetesR. D. MathisS9B-AO-WFür die thermische Wismutverdampfung
WolframschiffchenR. D. MathisS4-.015WFür die thermische Verdampfung von Vanadium
RIE PlasmaNordson MarchCS-1701
PVD 75 GasphasenabscheidungsplattformKurt J. LeskerPEDP75FTCLT001Ausgestattet mit drei thermischen Verdampfungsquellen und einer DC-Magnetron-Sputterquelle
Thermoelektrischer TemperaturreglerLairdTechMTTC-1410
PT1000 RGDLairdTech340912-01Temperatursensor für MTTC-1410
Thermoelektrisches ModulLairdTech56910-502
UltraschallgerätCrest UltrasonicsTru-Sweep 175

References

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  1. Hu, J. T., Odom, T. W., Lieber, C. M. Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Acc. Chem. Res. 32, 435-445 (1999).
  2. Akimov, A. V., et al. Generation of single optical plasmons in metall....

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Bismuth NanowiresThermal EvaporationVacuum DepositionVanadium SubstrateSubstrate Temperature ControlScanning Electron MicroscopyTransmission Electron MicroscopyEnergy Dispersive X ray SpectroscopyMagnetron SputteringQuartz Crystal Microbalance

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