Name: Seedless Wachstum von Wismut Nanodraht-Array über Vacuum Thermal Evaporation (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: Erfahren Sie die katalysatorfreie Synthese von hochreinen Wismut-Nanodrähten mittels Vakuum-Thermalverdampfung. Diese skalierbare Methode ermöglicht die Herstellung einwandfreier Nanostrukturen für die Halbleiterforschung.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

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 <ol><li> Herstellung Aufdampfanlage <ol><li> Entlüften Sie die Abscheidungskammer auf Atmosphärendruck und öffnen Sie die Kammer. Die Entlüftung wird durch Drücken der Taste &quot;Start PC Venting&quot; auf der Steuerungs-Software-Schnittstelle, die automatisch startet eine Sequenz, die die Kammer auf Atmosphärendruck zu entlüften getan. Bei Erreichen der Atmosphärendruck in die Kammer zu öffnen, indem Sie den Frontzugriff Tür. </li><li> Montieren Sie einen Wolfram Verdampferschiffchen (Aluminiumoxid beschichtet) zwischen einem Paar von Elektroden, thermische Verdampfung. Platz 1g Wismut-Pellets in den Verdampferschiffchen. </li><li> Halterung eines Vanadium Sputtertarget zur Magnetronsputterquelle. Siehe Schritt 1.1.4) zum Abscheidungssystem, das nicht mit einer Sputterquelle ausgestattet ist. </li><li> (Optional, für Abscheidungssystem, das nicht mit einer Sputterquelle ausgestattet ist) Montieren einer Wolfram Verdampferschiffchen zwischen einem Paar von Elektroden, die thermische Verdampfung. Zeigen 0,5 g Vanadium Schnecken in die Verdampfungs Boot. </li><li> Schließen Sie die Mini-Bananenstecker (zwei für Heiz- / Kühlleistung und zwei für Temperaturfühler) des geschlossenen Regelkreis-Temperaturregler auf die elektrische Durchführung des Abscheidungssystems. </li></ol></li><li> Herstellung Aufwachssubstrate Anmerkung: Die Bildung von Wismut-Nanodrähten ist unempfindlich gegenüber dem Wachstumssubstrat der Wahl. Ähnliche Ergebnisse wurden von Glasobjektträger, Siliciumwafer, oder Blech erhalten wurde. Es wird von den Autoren, die das Substrat wird unmittelbar vor der Dampf gereinigt werden empfohlenAbscheidungsverfahren, um eine einheitliche Haftung der Vanadiumunterschicht zu erreichen. Verschiedene Substratreinigungstechniken, einschließlich Plasmareinigung und nasschemische Reinigung, angewendet werden und führen zu ähnlichen Ergebnissen. <ol><li> Reinigung der Wachstumssubstrate durch Sauerstoffplasma <ol><li> Legen Sie die Wachstumssubstrate in einen Plasmafilter und Pumpe in die Kammer, durch Drücken der &quot;VAC ON&quot; Knopf, um ihre Basisdruck von 10 mTorr. </li><li> Öffnen Sie die Sauerstoffgasventil und Sauerstoffgas einzuführen, um die Kammer mit der Taste &quot;GAS ON&quot; auf der Frontplatte und stellen Sie die Durchflussrate durch Drücken der &quot;INCR&quot; und &quot;DECR&quot; Tasten für Gasdurchflussregel um einen Kammerdruck aufrecht zu erhalten von etwa 100 mTorr. </li><li> Stellen Sie den Plasmaleistung von 20 W durch Drücken der &quot;INCR&quot; und &quot;DECR&quot; Tasten für die Motorsteuerung und zündet das Plasma durch Drücken der Taste &quot;RF ON&quot; Taste. </li><li> Warten Sie 5 Minuten, bevor Sie das Plasma durch Drücken der Taste &quot;; RF ON &quot;. Schaltfläche entlüften Kammer, indem Sie auf die Schaltfläche&quot; Bleed &quot;und rufen Sie die Untergründen. </li></ol></li><li> Reinigen der Wachstumssubstrate durch nasschemische Verfahren <ol><li> Tauchen Sie die Wachstumssubstrate in Aceton in einem Becherglas enthalten. Das Becherglas in ein Ultraschallgerät und beschallen für 2 Minuten bei maximaler Leistung. </li><li> Entfernen Sie die Substrate aus dem Becherglas und spülen Sie sie mit einem Strom von reinem Alkohol aus einer Waschflasche für 30 Sekunden. </li><li> Trocknen der Substrate in einem Strom von Stickstoffgas. </li></ol></li></ol></li><li> Substrat Be- und Abscheidungssystem Pump <ol><li> Halterung der Substrattemperatur-Steuereinheit, um den Substrathalter. </li><li> Verwenden Sie Federklammern, um die Wachstumssubstrate auf dem Peltier-Kühler / Heizeranordnung zu montieren. </li><li> Montieren Sie den komplett montierten Substrathalter in die Dampfabscheidungskammer, mit den Substraten mit Blick auf die Abscheidungsquellen. Schließen Sie die elektrische Durchführungen, um diePeltier-Kühler / Heizeranordnung. </li><li> Schließen der Substratverschluss um unbeabsichtigte Abscheidung auf das Substrat zu vermeiden. </li><li> Starten Sie die Abscheidungskammer Abpumpen. Das Pumpen wird durch Drücken der &quot;Start PC Pumping&quot; -Taste auf der Steuerungs-Software-Schnittstelle, die automatisch startet eine Sequenz, die die Kammer in ihrer Basis Druckpumpe durchgeführt. </li></ol></li></ol> 2. Wachstum der Nanodrähte Bismuth Anmerkung: Der Versuch wird nicht bewegt, zu dem nächsten Schritt, bis der Basisdruck der Abscheidungskammer wurde 2 × 10 -6 Torr oder weniger erreicht ist. <ol><li> Die Abscheidung von Vanadium Unter Hinweis: Der beste experimentelle Reproduzierbarkeit erreicht wird, wenn der Vanadiumunterschicht durch das Magnetron-Sputter-Verfahren abgeschieden. In Abwesenheit von einer Sputterquelle, hohe Reproduzierbarkeit kann auch noch durch Abscheiden der Vanadiumunterschicht unter Verwendung von Wärmeverdampfungsverfahren erreicht werden, vorausgesetzt, dass dem Abscheidungssystem hasa niedrigen Basisdruck (≤ 5 × 10 -7 Torr). Siehe für die Details Schritt 3.1.2. <ol><li> Vanadium Abscheidung mit einem Magnetron-Sputter-Quelle. <ol><li> Beginnen Argonstrom in der Sputterquelle. Durchflussrate einstellen auf 40 sccm. </li><li> Einstellen Drehzahl der Turbomolekularpumpe für einen Kammerdruck von 2,5 mTorr. </li><li> Während die Kammer allmählich Erreichen seiner stationären Druck, stellen Sie die Stärke Kalibrierungsfaktoren in die QCM. Für Vanadium, beträgt die Dichte 5,96 g / cm 3 und die Z-Faktor 0,530. </li><li> Einschalten des DC-Sputterquelle und den Betriebs bei 200-250 W. Bei dem Abscheidungssystem durch die Autoren betrieben wird, ist die Abscheidungsrate von etwa 0,4 A / sec bei dieser Leistung. Ohne Öffnen der Substratverschluss, halten Sie die Quelle läuft für 2 min. HINWEIS: Durch diesen Schritt wird die natürliche Oxidschicht auf der Vanadium-Quelle entfernt, so dass frische Vanadium Oberfläche. </li><li> Öffnen Sie die Substratverschluss zu Vanadium Depositio startenn. In der Zwischenzeit Reset der summierten Dicke des QCM auf Null. </li><li> Weiterhin Abscheidung, bis eine scheinbare Dicke von 20 nm Aufnahme pro QCM Lesen. Schließen Sie die Substratverschluss. </li><li> Die Sputterleistung auf Null allmählich ab. Schalten Sie die Quelle aus. </li><li> Schalten Sie den Argonstrom. Bringen Sie die Turbomolekularpumpe, um seine volle Leistung. </li></ol></li><li> (Optional, für Abscheidungssystem, das nicht mit einer Sputterquelle ausgestattet ist) Vanadium Abscheidung mit einer thermischen Verdampfungsquelle. <ol><li> Aufgrund des hohen Schmelzpunktes von Vanadium (1.910 ° C) und ihre Bereitschaft, Oxidation, wird empfohlen, dass seine thermische Verdampfung bis zu einem Basisdruck von 5 × 10 -7 Torr oder darunter durchgeführt werden. </li><li> Stellen Sie die Dicke Kalibrierungsfaktoren in die QCM. Für Vanadium, beträgt die Dichte 5,96 g / cm 3 und die Z-Faktor 0,530. </li><li> Einschalten des thermischen Verdampfungsenergiezufuhr zu der Vanadiumquelle.Erhöhen Sie langsam Heizleistung auf die Wolfram-Boot, bis die Vanadium Schnecken schmelzen. </li><li> Wobei der Substratverschluss geschlossen gehalten wird, langsam Heizleistung zu erhöhen, bis einer Abscheidungsrate von 2Å / s erreicht wird, je QCM Lesen. Öffnen Sie die Substratverschluss zu Vanadium Abscheidung starten. In der Zwischenzeit Reset der summierten Dicke des QCM auf Null. </li><li> Weiterhin Abscheidung, bis eine scheinbare Dicke von 50 nm wird akkumuliert. Schließen Sie die Substratverschluss. </li><li> Die thermische Verdampfungsleistung auf Null allmählich ab. Schalten Sie die Quelle aus. </li></ol></li></ol></li><li> Die Ablagerung von Wismut Nano <ol><li> Für Wismut Abscheidung bei Temperaturen oberhalb oder unterhalb RT, stellen Sie den gewünschten Wert mit dem Temperaturregler. Warten, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. </li><li> Stellen Sie die Dicke Kalibrierungsfaktoren in die QCM. Wismut beträgt die Dichte 9,78 g / cm 3 und die Z-Faktor 0,790. </li><li> Schalten Sie die thermische Verdampfungsleistung supply zu der Wismutquelle. Erhöhen Sie langsam Heizleistung auf die Wolfram-Boot, bis die Abscheidungsrate von 2 Å / s erreicht wird, je QCM Lesen. </li><li> Öffnen Sie die Substratverschluss zu Bismut Abscheidung starten. In der Zwischenzeit Reset der summierten Dicke des QCM auf Null. </li><li> Weiterhin Abscheidung, bis eine scheinbare Dicke von 50 nm wird akkumuliert. Schließen Sie die Substratverschluss. </li><li> Die thermische Verdampfungsleistung auf Null allmählich ab. Schalten Sie die Quelle aus. </li><li> Schalten Sie die Energieversorgung des thermoelektrischen Kühler / Heizung. </li><li> Entlüften Sie die Abscheidungskammer auf Atmosphärendruck und öffnen Sie die Kammer. Abrufen der Substrathalter und sammeln die Bismut-Nanodrähte abgedeckt Substraten. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Hu, J. T., Odom, T. W., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+and+physics+in+one+dimension%3A+Synthesis+and+properties+of+nanowires+and+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Acc.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes.</a> Acc. Chem. Res. 32, 435-445 (1999).</li>
<li>Akimov, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+single+optical+plasmons+in+metallic+nanowires+coupled+to+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Generation of single optical plasmons in metallic nanowires coupled to quantum dots.</a> Nature. 450, 402-406 (2007).</li>
<li>Thurn-Albrecht, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrahigh-density+nanowire+arrays+grown+in+self-assembled+diblock+copolymer+templates%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Ultrahigh-density nanowire arrays grown in self-assembled diblock copolymer templates.</a> Science. 290, 2126-2129 (2000).</li>
<li>Xia, Y. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-dimensional+nanostructures%3A+Synthesis%2C+characterization%2C+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">One-dimensional nanostructures: Synthesis, characterization, and applications.</a> Adv. Mater. 15, 353-389 (2003).</li>
<li>Gudiksen, M. S., Lauhon, L. J., Wang, J., Smith, D. C., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+nanowire+superlattice+structures+for+nanoscale+photonics+and+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Growth of nanowire superlattice structures for nanoscale photonics and electronics.</a> Nature. 415, 617-620 (2002).</li>
<li>Yang, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+growth+of+ZnO+nanowires+and+their+optical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Controlled growth of ZnO nanowires and their optical properties.</a> Adv. Funct. Mater. 12, 323-331 (2002).</li>
<li>Allen, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+detection+of+Au+catalyst+atoms+in+Si+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotech%22%5BJournal%5D)">High-resolution detection of Au catalyst atoms in Si nanowires.</a> Nature Nanotech. 3, 168-173 (2008).</li>
<li>Lin, Y. M., Sun, X. Z., Dresselhaus, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+investigation+of+thermoelectric+transport+properties+of+cylindrical+Bi+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Theoretical investigation of thermoelectric transport properties of cylindrical Bi nanowires.</a> Phys. Rev. B. 62, 4610-4623 (2000).</li>
<li>Isaacson, R. T., Williams, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alfv%C3%A9n-Wave+propagation+in+solid-state+plasmas.+III.+Quantum+oscillations+of+the+Fermi+surface+of+bismuth%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev%22%5BJournal%5D)">Alfvén-Wave propagation in solid-state plasmas. III. Quantum oscillations of the Fermi surface of bismuth.</a> Phys Rev. 185, 682-688 (1969).</li>
<li>Sandomirskii, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+size+effect+in+a+semimetal+film%5BTitle%5D)+AND+%22Sov.+Phys.+JETP%22%5BJournal%5D)">Quantum size effect in a semimetal film.</a> Sov. Phys. JETP. 25, 101-106 (1967).</li>
<li>Huber, T. E., Nikolaeva, A., Gitsu, D., Konopko, L., Graf, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+confinement+and+surface-state+effects+in+bismuth+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+E%22%5BJournal%5D)">Quantum confinement and surface-state effects in bismuth nanowires.</a> Physica E. 37, 194-199 (2007).</li>
<li>Black, M. R., Lin, Y. M., Cronin, S. B., Rabin, O., Dresselhaus, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infrared+absorption+in+bismuth+nanowires+resulting+from+quantum+confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Infrared absorption in bismuth nanowires resulting from quantum confinement.</a> Phys. Rev. B. 65, 2921-2930 (2002).</li>
<li>Hofmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+surfaces+of+bismuth%3A+Structural+and+electronic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">The surfaces of bismuth: Structural and electronic properties.</a> Prog. Surf. Sci. 81, 191-245 (2006).</li>
<li>Huber, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Confinement+effects+and+surface-induced+charge+carriers+in+Bi+quantum+wires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Confinement effects and surface-induced charge carriers in Bi quantum wires.</a> Appl Phys Lett. 84, 1326-1328 (2004).</li>
<li>Huber, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+state+band+mobility+and+thermopower+in+semiconducting+bismuth+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Surface state band mobility and thermopower in semiconducting bismuth nanowires.</a> Phys. Rev. B. 83, 235414-23 (2011).</li>
<li>Dresselhaus, M. S., et al. 23, 129-140 (2003).</li>
<li>Cheng, Y. -T., Weiner, A. M., Wong, C. A., Balogh, M. P., Lukitsch, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress-induced+growth+of+bismuth+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Stress-induced growth of bismuth nanowires.</a> Appl Phys Lett. 81, 3248-3250 (2002).</li>
<li>Volobuev, V. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanism+of+Bi+nanowire+growth+from+Bi%2FCo+immiscible+composite+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nanosci.+Nanotech%22%5BJournal%5D)">The mechanism of Bi nanowire growth from Bi/Co immiscible composite thin films.</a> J. Nanosci. Nanotech. 12, 8624-8629 (2012).</li>
<li>Shim, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-film+formation+of+Bi+nanowires+with+extraordinary+electron+mobility%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">On-film formation of Bi nanowires with extraordinary electron mobility.</a> Nano Lett. 9, 18-22 (2009).</li>
<li>Berglund, S. P., Rettie, A. J. E., Hoang, S., Mullins, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporation+of+Mo+and+W+into+nanostructured+BiVO4+films+for+efficient+photoelectrochemical+water+oxidation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Incorporation of Mo and W into nanostructured BiVO4 films for efficient photoelectrochemical water oxidation.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 7065-7075 (2012).</li>
<li>Liu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-Energy+Induced+Formation+of+Single+Crystalline+Bismuth+Nanowires+over+Vanadium+Thin+Film+at+Room+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Surface-Energy Induced Formation of Single Crystalline Bismuth Nanowires over Vanadium Thin Film at Room Temperature.</a> Nano Lett. 14, 5630-5635 (2014).</li>
</ol>

Autoren haben nichts offenzulegen.

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...

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 jeder Ansatz für bestimmte einzigartige Eigenschaften des Endprodukts für seinen Erfolg. Zum Beispiel ist das populäre Dampf-Flüssigkeit-Feststoff (VLS) Verfahren für die Halbleitermaterialien, die höhere Schmelzpunkte haben, und bilden eutektische Legierung mit entsprechenden katalytischen &quot;Keime&quot;. 7. Als Ergebnis bessere Passform, die Synthese eines NanodrahtMaterial von besonderem Interesse möglicherweise nicht von bestehenden Techniken abgedeckt werden. Als ein Halbmetall mit kleinen indirekten Bandüberdeckung (-38 meV bei 0 K) und ungewöhnlich leicht Ladungsträger, ist Wismut ein solches Beispiel. Verhält sich das Material bei geringen Abmessungen radikal anders im Vergleich zu ihrer Masse, als Quanteneinschluß könnte Bismut-Nanodrähten oder dünne Filme in ein Schmalbandabstand-Halbleiter zu machen. 8-12 In der Zwischenzeit wird die Oberfläche der Wismut bildet eine quasi-zweidimensionales Metall also deutlich mehr als die metallische Masse. 13,14 Es wurde gezeigt, dass die Oberfläche der Wismut erzielt eine Elektronenmobilität von 2 × 10 4 cm 2 V -1 s -1 und trägt sehr stark auf seine Thermokraft in Nanodrahtform. 15 Wie wie, gibt es erhebliche Interessen auf das Studium Bismut-Nanodrähte für elektronische und insbesondere thermoelektrische Anwendungen. 12-16 Aufgrund der Wismut sehr niedrigSchmelzpunkt (544 K) und die Bereitschaft zur Oxidation, bleibt es eine Herausforderung, hohe Qualität und einkristalline Nanodrähte Wismut mit traditionellen Dampfphase oder Lösungsphasentechniken Synthese. Zuvor wurde es von einigen Arbeitsgruppen beschrieben, dass einkristalline Wismut Nanodrähte wachsen bei niedrigen Ausbeute bei der Vakuumabscheidung von Bismut-Dünnschicht, die auf die Freisetzung von Stress in den Film eingebaut zugeschrieben wird. 17-20 In jüngster Zeit entdeckten wir eine neuartige Verfahren, das auf der thermischen Verdampfung des Wismut im Hochvakuum basiert und führt zu der skalierbaren Bildung von einkristallinen Bismut-Nanodrähte mit hoher Ausbeute. 21. Im Vergleich zu zuvor beschriebenen Verfahren, ist das einzigartige Merkmal dieses Verfahrens, dass das Wachstumssubstrat ist frisch beschichteten mit einer dünnen Schicht von nanoporösen Vanadium vor der Abscheidung Wismut. Während dessen thermische Verdampfung, infiltriert Wismutdampf in die nanoporöse Struktur der vanAdium Film und kondensiert dort als Nanodomänen. Da Vanadium nicht durch Kondenswasser Wismut benetzt, die infiltrierte Domänen anschließend aus dem Vanadium Matrix ausgetrieben, um ihre Oberflächenenergie zu lösen. Es ist die fortlaufende Vertreibung der Wismut-Nanodomänen, die die vertikale Bismut-Nanodrähte bildet. Da die Wismut-Domains sind nur 1-2 nm im Durchmesser, sind sie mit erheblichen Schmelzpunkt-Unterdrückung, die sie bei RT fast geschmolzenen macht. Als Ergebnis geht der Nanodrähte Wachstum mit der bei Raumtemperatur gehaltenen Substrats. Auf der anderen Seite, da die Wanderung der Wismut Domänen thermisch aktiviert wird, wobei die Länge und Breite der Nanodrähte können über einen weiten Bereich einfach durch Steuern der Temperatur des Wachstum-Substrats abgestimmt werden kann. Diese detaillierte Video-Protokoll soll dazu beitragen, neue Praktiker auf dem Gebiet zu vermeiden verschiedene häufige Probleme mit physikalische Gasphasenabscheidung von dünnen Schichten im Hochvakuum, sauerstofffreien Umgebung verbunden.

<table><tbody><tr><td>Wismut</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>556130</td><td>Granulat, 99.999%</td></tr> <tr><td>Vanadium Slug</td><td>Alfa Aesar</td><td>42829</td><td>3.175&nbsp; mm (0,125&nbsp; Zoll) Durchmesser x 6,35&nbsp; mm (0,25&nbsp; Zoll) Länge, 99,8 %</td></tr> <tr><td>Vanadium-Sputtertarget</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTVXXX253A2</td><td>3,00" Durchmesser x 0,125" Dicke, 99,5 %</td></tr> <tr><td>Aceton</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>179124</td><td>>99,5 %</td></tr> <tr><td>Ethanol</td><td>Alfa Aesar</td><td>33361</td><td>Wasserfreier</td></tr><tr><td>Siliziumwafer</td><td>Universitätswafer</td><td></td><td>mit einer Dicke von 300 Mikrometern, (100) Ausrichtung</td></tr><tr><td>Silbergefülltes Epoxidharz</td><td>Circuit Works</td><td>CW2400</td><td>Zweiteiliges leitfähiges Epoxidharz</td></tr><tr><td>Wolframschiffchen, Aluminiumoxidbeschichtetes</td><td>R. D. Mathis</td><td>S9B-AO-W</td><td>Für die thermische Wismutverdampfung</td></tr><tr><td>Wolframschiffchen</td><td>R. D. Mathis</td><td>S4-.015W</td><td>Für die thermische Verdampfung von Vanadium</td></tr><tr><td>RIE Plasma</td><td>Nordson March</td><td>CS-1701</td><td></td></tr><tr><td>PVD 75 Gasphasenabscheidungsplattform</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>PEDP75FTCLT001</td><td>Ausgestattet mit drei thermischen Verdampfungsquellen und einer DC-Magnetron-Sputterquelle</td></tr><tr><td>Thermoelektrischer Temperaturregler</td><td>LairdTech</td><td>MTTC-1410</td><td></td></tr><tr><td>PT1000 RGD</td><td>LairdTech</td><td>340912-01</td><td>Temperatursensor für MTTC-1410</td></tr><tr><td>Thermoelektrisches Modul</td><td>LairdTech</td><td>56910-502</td><td></td></tr><tr><td>Ultraschallgerät</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>Tru-Sweep 175</td><td></td></tr></tbody></table>

seedless wachstum von wismut nanodraht-array über vacuum thermal evaporation

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

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.

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) ...

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

Seedless Wachstum von Wismut Nanodraht-Array über Vacuum Thermal Evaporation

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

Das allgemeine Ziel dieses experimentellen Verfahrens besteht darin, einheitliche kristalline Wismut-Nanodrähte auf skalierbare Weise durch thermische Verdampfung im Hochvakuum herzustellen. Diese Methode kann verwendet werden, um hochwertige Wismut-Nanodrähte in hohen Ausbeuten zu synthetisieren. Das Material hat im Bereich der Halbleiterforschung großes Interesse geweckt.Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie weder Katalysatoren noch Keime benötigt und dass die Synthese unter Hochvakuumbedingungen durchgeführt wird, sodass der Nanodraht in äußerst hoher Reinheit entsteht. Diese Methode liefert Einblicke darüber, wie Nanoporen spontanes Wachstum von Nanodrähten hervorrufen können, ist jedoch auch auf andere Systeme mit niedrigem Schmelzpunkt wie Indium und Zinn anwendbar. Öffnen Sie zunächst die Abscheidungskammer, indem Sie sie auf atmosphärischen Druck entlüften und die Kammer öffnen.Die Entlüftung erfolgt durch Betätigen der Schaltfläche „PC-Ventil öffnen“ in der Steuersoftware, wodurch automatisch eine Sequenz gestartet wird, die die Kammer auf Atmosphärendruck entlüftet. Sobald der Atmosphärendruck erreicht ist, öffnen Sie die Kammer, indem Sie die vordere Zugangstür öffnen.Danach eine Wolframedampfungsquelle zwischen ein Paar Elektroden für die thermische Verdampfung montieren. Ein Gramm Wismut-Pellets in die Verdampfungsquelle geben und ein Vanadium-Zerstäubungsziel an der Magnetron-Zerstäubungsquelle befestigen. Anschließend die Mini-Bananenstecker der geschlossenen Temperaturregelung mit dem elektrischen Durchführungsanschluss des Abscheidungssystems verbinden.Um die Wachstumssubstrate mit Sauerstoff-Plasma zu reinigen, platzieren Sie die Wachstumssubstrate in einen Plasma-Reiniger und pumpen Sie die Kammer durch Betätigen der „vac on“-Taste auf den Basisdruck von 10 Millitorr. Öffnen Sie das Sauerstoffgasventil und führen Sie Sauerstoffgas in die Kammer ein, indem Sie die „gas on“-Taste auf dem Bedienfeld betätigen. Stellen Sie die Durchflussrate durch Betätigen der Tasten INCR und DECR zur Durchflussregelung ein, um einen Kammerdruck von etwa 100 Millitorr aufrechtzuerhalten.Als Nächstes stellen Sie die Plasmaleistung durch Drücken der Tasten INCR und DECR für die Leistungsregelung auf 20 Watt ein und zünden das Plasma durch Drücken der RF on-Taste. Warten Sie fünf Minuten, bevor Sie das Plasma durch erneutes Drücken der RF on-Taste ausschalten. Danach entlüften Sie die Kammer durch Drücken der Ventil-Taste, bevor Sie die Substrate entnehmen, um das Substrat zu laden.Befestigen Sie zuerst die Temperierungsanordnung für das Substrat am Substrathalter. Befestigen Sie die Wachstumssubstrate mithilfe von Federklammern auf der Oberseite der Peltier-Kühl-Heiz-Einheit. Bringen Sie anschließend den vollständig montierten Substrathalter in die Dampfablagskammer an.Wenn die Substrate den Abscheidequellen zugewandt sind, schließen Sie die elektrischen Durchführungen an die Peltier-Kühlheiz-Einheit an. Schließen Sie den Substratblendenverschluss, um unbeabsichtigte Abscheidung auf dem Substrat zu vermeiden. Pumpen Sie danach die Abscheidungskammer aus.Die Pumpstufe erfolgt durch Betätigen der Schaltfläche „Start PC pumping“ in der Steuersoftware-Oberfläche, wodurch automatisch eine Abfolge gestartet wird, die die Kammer auf ihren Grunddruck evakuiert, um Vanadium mittels einer Magnetron-Sputterquelle abzuscheiden. Starten Sie den Argonfluss in der Sputterquelle und stellen Sie die Durchflussrate auf 40 bis 50 Standardkubikzentimeter pro Minute ein. Stellen Sie die Drehzahl der Turbomolekularpumpen so ein, dass ein Kammerdruck von 2,5 bis drei Millitorr erreicht wird, während die Kammer schrittweise ihren stationären Druckzustand erreicht.Stellen Sie die Dickenkalibrierungsfaktoren für das Quarz-Kristall-Mikrowaage (QCM) für Vanadium ein. Die Dichte beträgt 5,96 Gramm pro Kubikzentimeter und der Z-Faktor liegt bei 0,530. Schalten Sie die DC-Sputterquelle ein und stellen Sie die Leistung auf 200 bis 250 Watt ein, ohne den Substratverschluss zu öffnen.Lassen Sie die Quelle zwei Minuten lang laufen. Öffnen Sie den Substratverschluss, um die Vanadiumabscheidung zu starten. In der Zwischenzeit setzen Sie die akkumulierte Dicke des QCM auf null zurück.Setzen Sie die Abscheidung fort, bis gemäß der QCM-Anzeige eine scheinbare Dicke von 20 Nanometern erreicht ist. Schließen Sie dann den Substratverschluss, verringern Sie schrittweise die Sputterleistung auf null, schalten Sie die Quelle aus und stoppen Sie den Argonfluss.Stellen Sie schließlich die Turbomolekularpumpe wieder auf volle Leistung. Es ist sehr wichtig, dass die Substrattemperatur stabil und präzise gehalten wird, da die Strukturen des Nanovirus stark von der Temperatur abhängen. Für die Abscheidung von Wismut bei Temperaturen oberhalb oder unterhalb der Raumtemperatur stellen Sie den gewünschten Wert am Temperaturregler ein. Warten Sie, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist.Stellen Sie die Dickenkalibrierungsfaktoren für die QCM bezüglich Wismut ein. Die Dichte beträgt 9,78 Gramm pro Kubikzentimeter und der Z-Faktor liegt bei 0,790. Schalten Sie die Stromversorgung für die thermische Verdampfung der Wismutquelle ein.Erhöhen Sie dann langsam die Heizleistung des Wolframboots, bis eine Abscheidungsrate von zwei Ångström pro Sekunde erreicht ist. Setzen Sie gemäß der QCM-Anzeige die akkumulierte Dicke des QCM auf null zurück. Öffnen Sie in der Zwischenzeit den Substrat-Verschluss, um die Abscheidung von Wismut zu beginnen.Setzen Sie die Abscheidung fort, bis eine sichtbare Dicke von 50 Nanometern erreicht ist. Schließen Sie dann den Substrat-Verschluss. Verringern Sie die Leistung der thermischen Verdampfung schrittweise auf null.Schalten Sie die Quelle aus. Schalten Sie die Stromversorgung des thermoelektrischen Kühlerheizgeräts aus. Entlüften Sie die Abscheidungskammer auf atmosphärischen Druck und öffnen Sie die Kammer.Schließlich das Substrathalter zurückholen und die Substrate mit den Wismut-Nanodrähten sammeln. Hier werden die Querschnitts-Scanning-Elektronenmikroskopie- oder REM-Bilder von Vanadium-Zwischenschichten, die durch Magnetron-Zerstäubung und thermische Verdampfung erzeugt wurden, präsentiert. REM-Bilder werden für Wismut-Nanodrähte gezeigt, die bei verschiedenen Substrattemperaturen gebildet wurden.Die Kristallstruktur der Wismut-Nanodrähte wird mittels Transmissionselektronenmikroskopie, Elektronenbeugung mit selektivem Areal und Röntgenbeugungsuntersuchungen bestimmt. Die Elementaranalyse mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie zeigt, dass die Wismut-Nanodrähte nicht mit der Vanadium-Unterlage legiert sind. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man geschickt wächst.Einkristalline Geschäfts-Nanobeschichtungen werden durch thermische Verdampfung im Hochvakuum hergestellt. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, die Substrattemperatur genau zu kontrollieren, da sie die Abmessungen der Nanobeschichtungen erheblich beeinflussen kann. Ein niedriger Basisdruck ist ebenfalls entscheidend, um die Oxidation der deponierten Materialien nach deren Abscheidung zu vermeiden. Diese Technik ebnete den Forschern auf dem Gebiet der physikalischen Synthese von Nanostrukturen den Weg, die Oberflächenenergie als treibende Kraft für hochwertige und geordnete Nanostrukturen zu nutzen.

seedless-growth-bismuth-nanowire-array-via-vacuum-thermal

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Dieser Artikel beschreibt eine einfache Methode, um vertikal ausgerichtete Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Arrays durch CVD herzustellen und anschließend stimmen ihre Benetzungseigenschaften, indem sie sie Glühen oder trocken Oxidationsbehandlung Vakuum.

Dry Oxidation und Vakuumtempern Behandlungen für Tuning der Benetzungseigenschaften von Carbon Nanotube-Arrays

Wir beschreiben die Herstellung von Vorrichtungen und Messprotokoll für Kohlenstoff-Nanoröhrchen basierenden Hochfrequenz Biosensoren. Die Hochfrequenz-Sensortechnik mildert die grundlegenden ionische (Debye) Screening-Effekt und ermöglicht Nanoröhrchen Biosensor in hoher Ionenstärke Lösungen, bei denen herkömmliche elektronische Biosensoren nicht betrieben werden. Unsere Technologie bietet eine einzigartige Plattform für die Point-of-Care (POC) elektronischen Biosensoren, die in physiologisch...

Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen Hochfrequenztechnik Nanoelectronic Biosensor für Sensing in hoher Ionenstärke Lösungen

Wir berichten über eine einfache Methode zur Herstellung einer Ultrahochvakuum Dichte Anordnung von vertikal bestellt kleinen molekularen organischen Nanodrähte. Diese Methode ermöglicht eine Synthese von komplexen heterostructured Hybrid Nanodraht Geometrien, die kostengünstig auf beliebigen Substraten gezüchtet werden können. Diese Strukturen haben potentielle Anwendungen in der organischen Elektronik, Optoelektronik, chemischen Sensorik, Photovoltaik und Spintronik.

Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

Eine Technik entwickelt, die Ni / Au Kontaktmetallschichten entfernt von ihrem Substrat für die Untersuchung und Charakterisierung der Kontakt / Substrat-und Kontakt / NW-Schnittstellen der einzelnen GaN-Nanodraht-Geräten zu ermöglichen.

Die Analyse der Kontaktschnittstellen für Einzel GaN-Nanodraht-Geräte

Ein detailliertes Verfahren zur Oberflächendotierung von Silizium-Grenzflächen wird bereitgestellt. Die ultraflache Oberflächendotierung wird durch die Verwendung von phosphorhaltigen Monoschichten und das Rapid Annealing-Verfahren demonstriert. Das Verfahren kann sowohl zur Dotierung von makroskopischen Flächenoberflächen als auch von Nanostrukturen eingesetzt werden.

Monolayer Kontakt Dotierung von Silizium-Oberflächen und Nanodrähte Mit Phosphororganische Verbindungen

Verschiedene Verfahren werden beschrieben, um atomar definierten Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxiddünnschichten vorzubereiten. Chemische Behandlungen von einkristallinen SrTiO 3 (001) und DyScO 3 (110) Substrate wurden durchgeführt, um atomar glatte, Einzelterminierten Oberflächen zu erhalten. Ca 2 Nb 3 O 10 - Nanoschichten wurden verwendet, um atomar definierten Vorlagen auf beliebigen Substraten zu schaffen.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

Zinnsulfid (SnS) ist ein Kandidatenmaterial für erdreichliche, ungiftige Solarzellen. Hier demonstrieren wir das Herstellungsverfahren der SnS-Solarzellen unter Verwendung der Atomlagenabscheidung, die einen zertifizierten Wirkungsgrad von 4,36 % ergibt, und der thermischen Verdampfung, die 3,88 % ergibt.

Erstellen Rekordeffizienz SnS Solarzellen durch thermische Verdampfung und Atomic Layer Deposition

Ein Verfahren für das Wachstum von vertikal ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhren bei niedrigen Temperaturen und die anschließende Herstellung von vertikal verschalteten elektrischen Teststrukturen unter Verwendung der Halbleiterfertigung wird vorgestellt.

Herstellung von Niedertemperatur-Carbon Nanotube Vertikale Verbindungen Kompatibel mit Halbleitertechnik

Wir berichten über eine Lösung basierende Methode, Substrat-gebundenen Au Nanodrähte zu synthetisieren. Durch Optimieren der molekularen Liganden, die während der Synthese verwendet, kann die Au-Nanodrähte aus verschiedenen Substraten mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften angebaut werden. Au Nanodraht-basierte Nanostrukturen können auch durch Anpassung der Reaktionsparameter synthetisiert werden.

Synthese von Substrat-gebundenen Au Nanodrähten über eine aktive Oberfläche Wachstumsmechanismus

Der Artikel soll ein standard und zuverlässige Fertigung Verfahren für die Entwicklung der zukünftigen niedrig dimensionalen Nanoelektronik einzuführen.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Hier beschreiben wir Methoden zur Mikrofabrikation von vertikal ausgerichteten Kohlenstoffnanofasern (VACNFs), zur Übertragung von VACNFs auf flexible Substrate und zur Anwendung von VACNFs auf starren und flexiblen Substraten auf Pflanzen zur Verabreichung von Biomolekülen und Farbstoffen.

Verwendung von vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanofaser-Arrays auf starren oder flexiblen Substraten zur Abgabe von Biomolekülen und Farbstoffen an Pflanzen

Erfahren Sie die katalysatorfreie Synthese von hochreinen Wismut-Nanodrähten mittels Vakuum-Thermalverdampfung. Diese skalierbare Methode ermöglicht die Herstellung einwandfreier Nanostrukturen für die Halbleiterforschung.

Seedless Wachstum von Wismut Nanodraht-Array über Vacuum Thermal Evaporation

Weitere Videos entdecken