Name: Crecimiento Seedless de bismuto nanocables matriz a través del vacío de evaporación térmica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: Aprende a sintetizar nanocables de bismuto monocristalinos mediante evaporación térmica en alto vacío sin catalizadores. Este método escalable produce nanocables de alta pureza para aplicaciones en semiconductores.

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La investigación se lleva a cabo en el Centro de Nanomateriales Funcionales, Laboratorio Nacional de Brookhaven, que cuenta con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Ciencias Básicas de la Energía, bajo el Contrato No. DE-SC0012704.

Precaución: Por favor consulte todas las fichas de datos de seguridad de materiales pertinentes (MSDS) antes de usar. Los nanomateriales pueden tener riesgos adicionales en comparación con su contraparte mayor. Por favor, use todas las prácticas apropiadas de seguridad al manipular sustratos nanomateriales cubiertas, incluyendo el uso de controles de ingeniería (campana extractora de gases) y el equipo de protección personal (gafas de seguridad, guantes, bata de laboratorio, pantalones largos, cerrado-toe zapatos). 1. Trabajo Preparatorio <ol><li> Preparación del sistema de deposición de vapor <ol><li> Purgar la cámara de depósito a la presión ambiente y abrir la cámara. La ventilación se realiza pulsando el botón &quot;Start PC ventilación&quot; en la interfaz de software de control, que se inicia automáticamente una secuencia que ventilar la cámara a la presión ambiente. Al llegar a la presión de la cámara de atmósfera abierta tirando de la puerta frontal que accede. </li><li> Montar un barco evaporación de tungsteno (revestido de alúmina) entre un par de electrodos de evaporación térmica. Coloca 1Bolitas g de bismuto en el barco de la evaporación. </li><li> Montar un blanco de pulverización catódica de vanadio a la fuente de pulverización catódica. Consulte el paso 1.1.4) para el sistema de deposición que no está equipado con una fuente de bombardeo iónico. </li><li> (Opcional, para el sistema de deposición que no está equipado con una fuente de pulverización catódica) Montar un barco evaporación de tungsteno entre un par de electrodos de evaporación térmica. Colocar 0,5 g babosas de vanadio en la barca evaporación. </li><li> Conecte los conectores mini-plátano (dos para la calefacción de alimentación / refrigeración y dos para la sonda de temperatura) del controlador de temperatura de circuito cerrado para el paso de cables eléctricos del sistema de deposición. </li></ol></li><li> Preparación de sustratos de crecimiento Nota: La formación de nanocables de bismuto es insensible al sustrato de crecimiento de elección. Resultados similares se han obtenido a partir de portaobjetos de vidrio, oblea de silicio, o una hoja de metal. Es recomendado por los autores que el sustrato se limpia inmediatamente antes de que el vaporproceso de deposición, con el fin de lograr una adhesión consistente de la capa inferior de vanadio. Diversas técnicas de limpieza del sustrato, incluyendo la limpieza de plasma y la limpieza química húmeda, se pueden aplicar y dar lugar a resultados similares. <ol><li> Limpieza de los sustratos de crecimiento por plasma de oxígeno <ol><li> Coloque los sustratos de crecimiento en un limpiador de plasma y la bomba de la cámara, pulsando la tecla &quot;VAC ON&quot; botón, a su presión base de 10 mTorr. </li><li> Abra la válvula de gas de oxígeno e introducir gas oxígeno a la cámara pulsando el botón &quot;GAS EN&quot; botón en el panel frontal y ajustar el caudal pulsando los botones &quot;Decr&quot; para el control del caudal de gas &quot;INCR&quot; y para mantener una presión de cámara de aproximadamente 100 mTorr. </li><li> Ajuste la potencia del plasma a 20 W pulsando los botones &quot;Decr&quot; &quot;INCR&quot; y para el control de potencia y encender el plasma presionando el botón &quot;RF ON&quot; botón. </li><li> Espere 5 minutos antes de apagar el plasma presionando &quot;; EN RF &quot;. Botón Vent la cámara pulsando el botón&quot; Bleed &quot;y recuperar los sustratos. </li></ol></li><li> Limpieza de los sustratos de crecimiento por método químico húmedo <ol><li> Sumergir los sustratos de crecimiento en acetona contenidas en un vaso de precipitados. Colocar el vaso en un ultrasonicador y sonicar durante 2 min a la máxima potencia. </li><li> Retire los sustratos del vaso de precipitados y enjuagar con un chorro de alcohol absoluto de una botella de lavado durante 30 segundos. </li><li> Secar los sustratos en una corriente de gas nitrógeno. </li></ol></li></ol></li><li> Carga sustrato y sistema de deposición de bombeo <ol><li> Monte el conjunto de control de temperatura del sustrato al titular sustrato. </li><li> Utilice pinzas de resorte para montar los sustratos de crecimiento en la parte superior del conjunto del enfriador / calentador de Peltier. </li><li> Montar el soporte de sustrato totalmente montado en la cámara de deposición de vapor, con los sustratos que enfrentan las fuentes de deposición. Conecte los alimentadores eléctricos alPeltier refrigerador / conjunto del calentador. </li><li> Cierre el obturador sustrato para evitar la deposición no intencional al sustrato. </li><li> Iniciar el bombeo por la cámara de deposición. El bombeo se realiza pulsando el botón &quot;Inicio Bombeo PC&quot; en la interfaz de software de control, que se inicia automáticamente una secuencia que bombee la cámara a su presión de base. </li></ol></li></ol> 2. Crecimiento de bismuto Nanocables Nota: El experimento no se mueve al siguiente paso hasta que la presión base de la cámara de deposición ha llegado a 2 × 10 -6 Torr o inferior. <ol><li> La deposición de capa inferior de vanadio Nota: La mejor reproducibilidad experimental se logra cuando la capa inferior de vanadio es depositado por el método de pulverización catódica con magnetrón. En ausencia de una fuente de pulverización catódica, alta reproducibilidad también se puede lograr aún mediante el depósito de la capa inferior de vanadio utilizando el método de evaporación térmica, siempre que el sistema de deposición hasa presión base bajo (≤ 5 × 10 -7 Torr). Consulte el paso 3.1.2 para los detalles. <ol><li> Deposición de vanadio con una fuente de pulverización catódica con magnetrón. <ol><li> Iniciar flujo de argón en la fuente de bombardeo iónico. Ajuste del caudal de 40 sccm. </li><li> Ajuste tasa de la revolución de la bomba turbomolecular para una presión de la cámara de 2,5 mTorr. </li><li> Mientras la cámara está alcanzando poco a poco su presión en estado estacionario, establecer los factores de calibración de espesor a la QCM. Para vanadio, la densidad es 5,96 g / cm 3 y la Z-factor es 0.530. </li><li> Encienda la fuente de sputtering DC y estableció el poder a 200-250 W. Para el sistema de deposición operado por los autores, la tasa de deposición es de aproximadamente 0.4 A / seg a este poder. Sin abrir el obturador sustrato, mantenga la fuente de corriente durante 2 min. NOTA: A través de este paso se retira el óxido nativo de la fuente de vanadio, exponiendo la superficie de vanadio fresco. </li><li> Abra el obturador sustrato para comenzar depositio vanadionorte. Mientras tanto, restablecer el espesor acumulado de la QCM a cero. </li><li> Continuar la deposición hasta que se acumuló un espesor aparente de 20 nm, por la lectura QCM. Cierre el obturador sustrato. </li><li> Disminuir gradualmente la potencia de bombardeo iónico a cero. Encienda la fuente. </li><li> Cierre el flujo de argón. Devuelva la bomba turbomolecular a su máxima potencia. </li></ol></li><li> (Opcional, para el sistema de deposición que no está equipado con una fuente de pulverización catódica) deposición de vanadio con una fuente de evaporación térmica. <ol><li> Debido al punto de fusión alto de vanadio (1910 ° C) y su disposición a la oxidación, se recomienda que su evaporación térmica que se realiza a una presión base de 5 × 10 -7 Torr o inferior. </li><li> Establecer los factores de calibración de espesor a la QCM. Para vanadio, la densidad es 5,96 g / cm 3 y la Z-factor es 0.530. </li><li> Encienda la evaporación de suministro térmico a la fuente de vanadio.Aumente poco a poco el poder de calentamiento para el barco de tungsteno hasta que las babosas de vanadio se derriten. </li><li> Con el obturador sustrato mantiene cerrada, poco a poco aumentar el poder de calentamiento hasta una velocidad de depósito 2 Å / s se logra, por la lectura QCM. Abra el obturador sustrato para iniciar la deposición de vanadio. Mientras tanto, restablecer el espesor acumulado de la QCM a cero. </li><li> Continuar la deposición hasta que se acumuló un espesor aparente de 50 nm. Cierre el obturador sustrato. </li><li> Disminuir gradualmente la potencia de evaporación térmica a cero. Encienda la fuente. </li></ol></li></ol></li><li> La deposición de nanocables de bismuto <ol><li> Para la deposición de bismuto a temperatura por encima o por debajo de la temperatura ambiente, establecer el valor deseado para el controlador de temperatura. Esperar hasta que se alcanza la temperatura deseada. </li><li> Establecer los factores de calibración de espesor a la QCM. Para bismuto, la densidad es 9,78 g / cm 3 y la Z-factor es 0.790. </li><li> Encienda la evaporación térmica Doplicar a la fuente de bismuto. Aumente poco a poco el poder de calentamiento para el barco de tungsteno hasta que la velocidad de depósito de 2 Å / s se logra, por la lectura QCM. </li><li> Abra el obturador sustrato para iniciar la deposición de bismuto. Mientras tanto, restablecer el espesor acumulado de la QCM a cero. </li><li> Continuar la deposición hasta que se acumuló un espesor aparente de 50 nm. Cierre el obturador sustrato. </li><li> Disminuir gradualmente la potencia de evaporación térmica a cero. Encienda la fuente. </li><li> Apague la fuente de alimentación al enfriador / calentador eléctrico térmico. </li><li> Purgar la cámara de depósito a la presión ambiente y abrir la cámara. Recuperar el soporte de sustrato y recoger los nanocables de bismuto sustratos cubiertos. </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>

Los autores no tienen nada que revelar.

El crecimiento de nanocables de bismuto se lleve a cabo en un sistema de deposición física de vapor con al menos dos fuentes de deposición, uno para el bismuto y el otro para el vanadio. Se recomienda que una de las fuentes es una fuente de pulverización catódica magnetrón, para la deposición de vanadio. Alto vacío se consigue mediante una bomba turbomoleculares respaldados por una bomba de desplazamiento seco. El sistema de deposición de vapor está equipado con una microbalanza de cristal de cuarzo calibrado (QCM) ...

Nanocables limitan el transporte de portadores de carga y otros cuasi-partículas, tales como los fotones y los plasmones en una dimensión. En consecuencia, los nanocables generalmente exhiben novedosas propiedades eléctricas, magnéticas, ópticas y químicas, que les otorgan potencial casi infinito para aplicaciones en electrónica, fotónica, tecnologías biomédicas, ambientales y relacionados con la energía de micro / nano 1,2. Durante las dos últimas décadas, numerosos de arriba hacia abajo y los enfoques de abajo hacia arriba se han desarrollado para la síntesis de una amplia gama de metales o semiconductores nanocables de alta calidad a escala de laboratorio. 3.6 A pesar de estos avances, cada enfoque se basa en ciertas propiedades únicas del producto final para su éxito. Por ejemplo, el método de vapor-líquido-sólido populares (VLS) es mejor ajuste para los materiales semiconductores que tienen puntos de fusión más altos y forman aleación eutéctica con el correspondiente &quot;semillas&quot; catalíticos. 7 Como resultado, la síntesis de un nanocablemateriales de especial interés no puede ser cubierto por las técnicas existentes. Como semimetal con pequeño solapamiento indirecta banda (-38 meV en 0 K) y portadores de carga inusualmente luz, bismuto es un ejemplo de ello. El material se comporta radicalmente diferente en dimensión reducida en comparación con su volumen, como confinamiento cuántico podría convertir nanocables de bismuto o películas delgadas en un estrecho intervalo de banda semiconductor 8-12. En el ínterin, la superficie de las formas de bismuto un metal cuasi bidimensional que es significativamente más metálico que su granel. 13,14 Se demostró que la superficie de bismuto logra una movilidad de los electrones de 2 × 10 4 cm 2 V -1 s -1 y contribuye fuertemente a su energía termoeléctrica en forma de nanocables. 15 Como tal, hay intereses importantes en el estudio de nanocables de bismuto para electrónica y, en particular, aplicaciones termoeléctricas. 12-16 Sin embargo, debido al bismuto de muy bajopunto de fusión (544 K) y la preparación para la oxidación, sigue siendo un desafío para la síntesis de alta calidad y nanocables individuales de bismuto cristalino utilizando técnicas de fase en fase de vapor o soluciones tradicionales. Anteriormente, se ha informado por algunos grupos que solo cristalinas nanocables bismuto crecen a bajo rendimiento durante la deposición al vacío de película fina de bismuto, que se atribuye a la liberación de la tensión integrado en la película. 17-20 Recientemente, descubrimos una novela técnica que se basa en la evaporación térmica de bismuto a alto vacío y conduce a la formación escalable de nanocables individuales de bismuto cristalino con un alto rendimiento. 21 En comparación con informes anteriores métodos, la característica más singular de esta técnica es que el sustrato de crecimiento es recién recubierto con una capa delgada de nanoporoso vanadio antes de la deposición de bismuto. Durante la evaporación térmica de este último, el vapor de bismuto se infiltra en la estructura nanoporosa de la furgonetapelícula Adium y se condensa allí como nanodominios. Desde vanadio no se moja por bismuto condensada, los dominios infiltrados son posteriormente expulsados ​​de la matriz de vanadio para liberar su energía superficial. Es la expulsión continua de los nanodominios de bismuto que forma los nanocables de bismuto verticales. Dado que los dominios de bismuto son sólo el 1-2 nm de diámetro, están sujetos a la supresión punto de fusión significativa, lo que los hace casi fundido a RT. Como resultado, el crecimiento de nanocables procede con el sustrato celebrada en RT. Por otra parte, como la migración de los dominios de bismuto se activa térmicamente, la longitud y anchura de los nanocables pueden ajustarse en un amplio intervalo simplemente controlando la temperatura del sustrato de crecimiento. Este protocolo vídeo detallado está destinado a ayudar a los nuevos profesionales en el campo de evitar diversos problemas comunes asociados con la deposición física de vapor de películas delgadas en un ambiente libre de oxígeno de alto vacío.

<table><tbody><tr><td>Bismuto</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>556130</td><td>granular, 99.999%</td></tr><tr><td>Vanadio</td><td>Alfa Aesar</td><td>42829</td><td>3.175&nbsp; mm (0.125&nbsp; pulgadas) de diámetro x 6,35 pulgadas; milímetros (0,25 y nbsp; pulgada) de longitud, 99.8%</td></tr><tr><td>Vanadio Objetivo de pulverización catódica</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTVXXX253A2</td><td>3.00" de diámetro x 0.125" de espesor, 99.5%</td></tr> <tr><td>Acetona</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>179124</td><td>>99.5%</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Alfa Aesar</td><td>33361</td><td></td></tr><tr><td>Oblea de silicio</td> anhidro <td>Obleas de la Universidad</td><td>300 micras de espesor, (100) orientación</td>Epoxi relleno de plata <td></td></tr><tr><td></td><td>Circuit Works</td><td>CW2400</td><td>Resina epoxi conductora de dos partes</td></tr><tr><td>Barco de tungsteno, recubierto de alúmina</td><td>R. D. Mathis</td><td>S9B-AO-W</td><td>Para evaporación térmica de bismuto</td></tr><tr><td>Barco de tungsteno</td><td>R. D. Mathis</td><td>S4-.015W</td><td>Para evaporación térmica de vanadio</td></tr><tr><td>RIE Plasma Nordson</td><td>March</td><td>CS-1701</td><td></td></tr><tr><td>PVD 75 Plataforma de deposición de vapor</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>PEDP75FTCLT001</td><td>Equipado con tres fuentes de evaporación térmica y una fuente de pulverización catódica de magnetrón de CC</td></tr><tr><td>Controlador de temperatura termoeléctrico</td><td>LairdTech</td><td>MTTC-1410</td><td></td></tr><tr><td>PT1000 RGD</td><td>LairdTech</td><td>340912-01 Sensor de</td> temperatura para módulo termoeléctrico <td>MTTC-1410</td></tr><tr><td></td><td>LairdTech</td><td>56910-502</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonicador</td><td>Cresta Ultrasonidos</td><td>Tru-Sweep 175</td><td></td></tr></tbody></table>

crecimiento seedless de bismuto nanocables matriz a través del vacío de evaporación térmica

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Aquí una técnica sin semilla y libre de la plantilla se demuestra a escalable crecer nanocables de bismuto, a través de la evaporación térmica en alto vacío a temperatura ambiente. Convencionalmente reservado para la fabricación de películas delgadas de metal, depósitos de evaporación térmica de bismuto en una matriz de nanocables sola cristalinas verticales sobre una película delgada plana de vanadio celebrada en RT, que está recién depositado por pulverización catódica con magnetrón o evaporación térmica. Mediante el control de la temperatura del sustrato de crecimiento de la longitud y anchura de los nanocables pueden ajustarse en un amplio intervalo. El responsable de esta nueva técnica es un mecanismo de crecimiento de nanocables previamente desconocido que las raíces de la porosidad leve de la película delgada de vanadio. Infiltrado en los poros de vanadio, los dominios de bismuto (~ 1 nm) llevan energía superficial excesiva que suprime su punto de fusión y los expulsa continuamente fuera de la matriz de vanadio para formar nanocables. Este descubrimiento demuestra la viabilidad de la fase vapor synth escalableESIS de alta pureza nanomateriales sin usar catalizadores.

Las imágenes de SEM de la sección transversal de capas inferiores de vanadio formados por pulverización catódica con magnetrón y los métodos de evaporación térmica se presentan en la Figura 2. Microscopía electrónica de barrido imágenes (SEM) se presentan para nanocables de bismuto formadas a diferentes temperaturas de sustrato (Figura 3). La estructura cristalina de los nanocables de bismuto se determina mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM), difracción...

Se presenta un protocolo para el crecimiento sin semillas y de alto rendimiento de matrices de nanocables de bismuto mediante la técnica de evaporación térmica al vacío.

Crecimiento Seedless de bismuto nanocables matriz a través del vacío de evaporación térmica

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

El objetivo general de este procedimiento experimental es cultivar nanocables de bismuto monocristalinos de forma escalable mediante evaporación térmica en alto vacío. Este método puede utilizarse para sintetizar nanocables de bismuto de alta calidad con altos rendimientos. El material ha sido de gran interés en el campo de los estudios de semiconductores.La principal ventaja de esta técnica es que no requiere catalizadores ni semillas, y que el procedimiento sintético se lleva a cabo en alto vacío, de modo que el nanocable se forma con una hiperpureza. Este método proporciona información sobre cómo la porosidad a escala nanométrica induce el crecimiento espontáneo de nanocables, pero también debería ser aplicable a otros sistemas con bajo punto de fusión, como el indio y el estaño. Para comenzar, purgue la cámara de deposición hasta alcanzar la presión atmosférica y abra la cámara.La ventilación se realiza presionando el botón de inicio de ventilación del PC en la interfaz del software de control, lo que inicia automáticamente una secuencia que ventila la cámara hasta la presión atmosférica. Al alcanzar la presión atmosférica, abra la cámara tirando de la puerta frontal de acceso.Luego, monte una lancha de evaporación de tungsteno entre un par de electrodos de evaporación térmica. Coloque un gramo de perlas de bismuto en la lancha de evaporación y monte un blanco de vanadio en la fuente de pulverización catódica. A continuación, conecte los conectores mini banana del controlador de temperatura de circuito cerrado al paso eléctrico del sistema de deposición.Para limpiar los sustratos de crecimiento mediante plasma de oxígeno, coloque los sustratos de crecimiento en un limpiador de plasma y bombee la cámara pulsando el botón de vacío hasta alcanzar la presión base de 10 militorr. Abra la válvula de gas oxígeno e introduzca el gas oxígeno en la cámara pulsando el botón de gas en el panel frontal. Ajuste el caudal pulsando los botones INCR y DECR para el control del caudal de gas, con el fin de mantener una presión en la cámara de aproximadamente 100 militorr.A continuación, ajuste la potencia del plasma a 20 vatios presionando los botones INCR y DECR para el control de potencia, e inicie el plasma presionando el botón RF on. Espere cinco minutos antes de apagar el plasma presionando el botón RF on. Luego, ventile la cámara presionando el botón bleed antes de retirar los sustratos para cargar el sustrato.Primero, monte el conjunto de control de temperatura del sustrato en el portasustratos. Utilice pinzas de resorte para montar los sustratos de crecimiento encima del conjunto del calentador-enfriador Peltier. Luego, monte el portasustratos completamente ensamblado dentro de la cámara de deposición de vapor.Con los sustratos orientados hacia las fuentes de deposición, conecte los pasos eléctricos al conjunto del enfriador y calentador Peltier. Cierre el obturador del sustrato para evitar la deposición no intencionada sobre este. A continuación, comience a reducir la presión en la cámara de deposición.La bomba se realiza pulsando el botón de inicio de bombeo PC en la interfaz del software de control, lo cual inicia automáticamente una secuencia que bombea la cámara hasta alcanzar su presión base para depositar vanadio mediante una fuente de pulverización catódica (magnetron sputtering). Inicie el flujo de argón en la fuente de pulverización. Ajuste el caudal entre 40 y 50 centímetros cúbicos estándar por minuto. Ajuste la velocidad de rotación de las bombas turbomoleculares para obtener una presión en la cámara entre 2,5 y tres militorr mientras la cámara alcanza gradualmente su presión en estado estacionario.Establezca los factores de calibración de espesor para el microbalance de cristal de cuarzo o QCM para vanadio. La densidad es de 5,96 gramos por centímetro cúbico, y el factor Z es de 0,530. Encienda la fuente de pulverización catódica y ajuste la potencia entre 200 y 250 vatios sin abrir el obturador del sustrato.Mantenga la fuente en funcionamiento durante dos minutos. Abra el obturador del sustrato para iniciar la deposición de vanadio. Mientras tanto, restablezca a cero el espesor acumulado del QCM.Continúe la deposición hasta que se acumule un espesor aparente de 20 nanómetros por lectura del QCM. Luego cierre el obturador del sustrato y disminuya gradualmente la potencia de pulverización catódica a cero. A continuación, apague la fuente y detenga el flujo de argón.Finalmente, restablezca la bomba turbomolecular a su potencia máxima. Es muy importante que la temperatura del sustrato se mantenga estable y precisa, ya que las líneas del nano virus están fuertemente determinadas por la temperatura. Para la deposición de bismuto a temperaturas superiores o inferiores a la ambiente, establezca el valor deseado en el controlador de temperatura. Espere hasta que se alcance la temperatura deseada.Establezca los factores de calibración de espesor para el QCM para el bismuto. La densidad es de 9,78 gramos por centímetro cúbico, y el factor Z es de 0,790. Encienda la fuente de alimentación de evaporación térmica hacia la fuente de bismuto.Luego aumente lentamente la potencia de calentamiento del barquillo de tungsteno hasta alcanzar una tasa de deposición de dos angstroms por segundo. Según la lectura del QCM, restablezca el grosor acumulado del QCM a cero. Mientras tanto, abra el obturador del sustrato para iniciar la deposición de bismuto.Continúe la deposición hasta que se acumule un espesor aparente de 50 nanómetros. Luego cierre el obturador del sustrato. Disminuya gradualmente la potencia de evaporación térmica a cero.Apague la fuente. Desactive la fuente de alimentación del calentador refrigerador termoeléctrico. Ventile la cámara de deposición hasta la presión atmosférica y abra la cámara.Finalmente, recupere el portasustratos y recolecte los sustratos cubiertos con nanocables de bismuto. Aquí se presentan las imágenes de microscopía electrónica de barrido de sección transversal, o SEM, del vanadio depositado mediante los métodos de pulverización catódica (magnetron sputtering) y evaporación térmica. Asimismo, se presentan imágenes SEM de nanocables de bismuto formados a diferentes temperaturas del sustrato.La estructura cristalina de los nanocables de bismuto se determina mediante microscopía electrónica de transmisión, difracción electrónica de área selectiva y estudios de difracción de rayos X. El análisis elemental mediante espectroscopía de rayos X por dispersión de energía indica que los nanocables de bismuto no están aleados con la capa subyacente de vanadio. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo crecer de forma sly.Los nanoarreglos cristalinos simples se forman mediante evaporación térmica en alto vacío. Al realizar este procedimiento, es fundamental controlar con precisión la temperatura del sustrato, ya que puede afectar significativamente la dimensión de los nanoarreglos. Asimismo, una presión base baja es esencial para evitar la oxidación de los materiales depositados tras su formación. Esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la síntesis de nanoestructuras aprovecharan la energía superficial como fuerza impulsora en la obtención de nanoestructuras de alta calidad y avanzadas.

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Investigación

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Ingeniería

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