Name: Croissance sans pépins de Bismuth Nanowire tableau par évaporation thermique sous vide (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: Apprenez la croissance de nanofils de bismuth monocristallins par évaporation thermique sous vide. Cette méthode sans catalyseur offre un rendement élevé et une pureté optimale pour la recherche en nanotechnologie et science des matériaux.

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La recherche est menée au Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory, qui est soutenu par le U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, dans le cadre du contrat n°. DE-SC0012704.

Attention: S&#39;il vous plaît consulter toutes les fiches de données de sécurité des matériaux pertinents (FS) avant utilisation. Les nanomatériaux peuvent avoir des risques supplémentaires par rapport à leur homologue en vrac. S&#39;il vous plaît utiliser toutes les pratiques de sécurité appropriées lors de la manipulation des substrats de nanomatériaux couverte, y compris l&#39;utilisation des contrôles d&#39;ingénierie (hottes) et les équipements de protection individuelle (lunettes de sécurité, gants, blouse, pantalon de longueur, fermé orteils chaussures). 1. Travaux préparatoires <ol><li> Préparation du système de dépôt en phase vapeur <ol><li> Purger la chambre de dépôt à la pression de l&#39;atmosphère et ouvrir la chambre. La ventilation se fait en appuyant sur le bouton &quot;Démarrer PC Ventilation&quot; sur l&#39;interface du logiciel de contrôle, qui démarre automatiquement une séquence qui aération de la chambre à la pression atmosphérique. En arrivant à la pression de l&#39;atmosphère ouvrir la chambre en tirant la porte accédant avant. </li><li> Monter un bateau tungstène d&#39;évaporation (enrobé d&#39;alumine) entre une paire d&#39;électrodes d&#39;évaporation thermique. Placez 1pastilles g de bismuth dans le bateau d&#39;évaporation. </li><li> Monter une cible de vanadium de pulvérisation à la source de pulvérisation magnétron. Reportez-vous à l&#39;étape 1.1.4) pour le système de dépôt qui ne sont pas équipé d&#39;une source de pulvérisation. </li><li> (Optionnel, pour le système de dépôt qui ne sont pas équipé d&#39;une source de pulvérisation) Monter un bateau de tungstène d&#39;évaporation entre une paire d&#39;électrodes de l&#39;évaporation thermique. Placer 0,5 g limaces de vanadium dans le bateau d&#39;évaporation. </li><li> Raccorder les connecteurs mini-bananes (deux pour le chauffage / refroidissement et la puissance deux du capteur de température) de l&#39;unité de commande de température en boucle fermée pour la traversée électrique du système de dépôt. </li></ol></li><li> Préparation de substrats de croissance Remarque: La formation de nanofils de bismuth est insensible au substrat de choix de croissance. Des résultats similaires ont été obtenus à partir lame de verre, plaquette de silicium, ou une feuille métallique. Il est recommandé par les auteurs que le substrat doit être nettoyé immédiatement avant la vapeurProcédé de dépôt, afin de parvenir à une adhérence uniforme de la sous-couche de vanadium. Diverses techniques de nettoyage de substrat, y compris le nettoyage au plasma et un nettoyage chimique par voie humide, peuvent être appliquées et conduisent à des résultats similaires. <ol><li> Le nettoyage des substrats de croissance par plasma d&#39;oxygène <ol><li> Placez les substrats de croissance dans un nettoyeur à plasma et pomper la chambre, en appuyant sur le &quot;VAC ON&quot;, à sa pression de base de 10 mTorr. </li><li> Ouvrez la vanne de gaz d&#39;oxygène et d&#39;introduire de l&#39;oxygène gazeux à la chambre en appuyant sur le &quot;GAZ ON&quot; bouton sur le panneau avant et ajuster le débit en appuyant sur le &quot;INCR&quot; et des boutons &quot;DECR&quot; pour le contrôle de débit de gaz pour maintenir une pression de chambre d&#39;environ 100 mTorr. </li><li> Réglez la puissance du plasma à 20 W en appuyant sur le &quot;INCR&quot; et des boutons &quot;DECR&quot; pour le contrôle de puissance et enflammer le plasma en appuyant sur le «RF ON&quot; bouton. </li><li> Attendez 5 min avant d&#39;éteindre le plasma en appuyant sur le &quot;; RF ON ». Touche Purger la chambre en appuyant sur le bouton&quot; PURGE &quot;et de récupérer les substrats. </li></ol></li><li> Nettoyage des substrats de croissance par la méthode chimique humide <ol><li> Immerger les substrats de croissance contenus dans de l&#39;acétone dans un bêcher. Placer le bécher dans un appareil à ultrasons et soniquer pendant 2 min à la puissance maximale. </li><li> Retirez les substrats du bêcher et les rincer avec un courant d&#39;alcool absolu à partir d&#39;une bouteille de lavage pendant 30 sec. </li><li> Sécher les substrats dans un flux d&#39;azote gazeux. </li></ol></li></ol></li><li> Le chargement du substrat et le système de dépôt de pompage <ol><li> Monter l&#39;ensemble de commande de la température du substrat au support de substrat. </li><li> Utiliser des pinces à ressort pour monter les substrats de croissance au-dessus de l&#39;ensemble refroidisseur / réchauffeur Peltier. </li><li> Fixer le support de substrat entièrement monté dans la chambre de dépôt en phase vapeur, les substrats se faisant face avec les sources de dépôt. Connecter les traversées électriques à laRefroidisseur Peltier / ensemble de chauffage. </li><li> Fermer le volet de substrat pour éviter le dépôt sur le substrat non intentionnelle. </li><li> Commencer à pomper en bas de la chambre de dépôt. Le pompage se fait en appuyant sur le bouton &quot;Démarrer PC pompage&quot; sur l&#39;interface du logiciel de contrôle, qui démarre automatiquement une séquence qui pompe la chambre à sa pression de base. </li></ol></li></ol> 2. La croissance de nanofils de bismuth Remarque: L&#39;expérience ne se déplace pas à l&#39;étape suivante jusqu&#39;à ce que la pression de base de la chambre de dépôt a atteint 2 × 10 -6 Torr ou moins. <ol><li> Le dépôt de sous-couche de vanadium Remarque: La meilleure reproductibilité expérimentale est obtenue lorsque la sous-couche de vanadium est déposée par le procédé de pulvérisation cathodique à magnétron. En l&#39;absence d&#39;une source de pulvérisation cathodique, une reproductibilité élevée peut également être obtenue par dépôt d&#39;encore la sous-couche de vanadium en utilisant le procédé d&#39;évaporation thermique, à condition que le système d&#39;ha de dépôtsa faible pression de base (≤ 5 × 10 -7 Torr). Reportez-vous à l&#39;étape 3.1.2 pour les détails. <ol><li> Dépôt de vanadium avec une source de pulvérisation à magnétron. <ol><li> Commencez flux d&#39;argon dans la source de pulvérisation. Régler le débit à 40 sccm. </li><li> Régler la vitesse de rotation de la pompe turbomoléculaire pour une pression de chambre de 2,5 mTorr. </li><li> Alors que la chambre est d&#39;atteindre progressivement sa pression constante de l&#39;Etat, définir les facteurs de calibrage de l&#39;épaisseur au QCM. Pour le vanadium, la densité est de 5,96 g / cm 3 et le facteur Z est 0,530. </li><li> Tournez sur la source de pulvérisation DC et régler la puissance à 200-250 W. Pour le système de dépôt exploité par les auteurs, le taux de dépôt est d&#39;environ 0,4 A / s à ce pouvoir. Sans ouvrir l&#39;obturateur de substrat, garder la source courante pendant 2 min. REMARQUE: Grâce à cette étape de l&#39;oxyde natif de la source de vanadium est enlevée, ce qui expose la surface de vanadium frais. </li><li> Ouvrez le volet de substrat pour commencer depositio vanadiumn. Dans l&#39;intervalle, de réinitialiser l&#39;épaisseur cumulée du QCM à zéro. </li><li> Continuer dépôt jusqu&#39;à une épaisseur apparente de 20 nm est accumulé, par QCM lecture. Fermez le volet de substrat. </li><li> Peu à peu diminuer la puissance de pulvérisation à zéro. Désactivez la source. </li><li> Arrêter le flux d&#39;argon. Retourner la pompe turbomoléculaire à sa pleine puissance. </li></ol></li><li> (Optionnel, pour le système de dépôt qui ne sont pas équipé d&#39;une source de pulvérisation) de dépôt de vanadium avec une source d&#39;évaporation thermique. <ol><li> En raison de son point de fusion élevé de vanadium (1910 ° C) et son état ​​de préparation à l&#39;oxydation, il est recommandé que son évaporation thermique pour être conduite à une pression de base de 5 x 10 -7 Torr ou moins. </li><li> Régler les facteurs d&#39;étalonnage à l&#39;épaisseur QCM. Pour le vanadium, la densité est de 5,96 g / cm 3 et le facteur Z est 0,530. </li><li> Tournez sur la puissance d&#39;évaporation alimentation thermique à la source de vanadium.Lentement augmenter la puissance de chauffage pour le bateau de tungstène jusqu&#39;à ce que les limaces vanadium fondent. </li><li> Avec l&#39;obturateur de substrat maintenu fermé, augmenter lentement la puissance de chauffage jusqu&#39;à ce qu&#39;un taux de 2 A / s de dépôt est réalisé, par QCM lecture. Ouvrez le volet de substrat pour commencer dépôt de vanadium. Dans l&#39;intervalle, de réinitialiser l&#39;épaisseur cumulée du QCM à zéro. </li><li> Continuer dépôt jusqu&#39;à une épaisseur apparente de 50 nm est accumulée. Fermez le volet de substrat. </li><li> Peu à peu diminuer la puissance d&#39;évaporation thermique à zéro. Désactivez la source. </li></ol></li></ol></li><li> Le dépôt de nanofils de bismuth <ol><li> Pour le dépôt de bismuth à la température supérieure ou inférieure à la température ambiante, la valeur voulue au contrôleur de température. Attendez jusqu&#39;à ce que la température désirée est atteinte. </li><li> Régler les facteurs d&#39;étalonnage à l&#39;épaisseur QCM. Pour bismuth, la densité est de 9,78 g / cm 3 et le facteur Z est 0,790. </li><li> Tournez sur la puissance de l&#39;évaporation thermique suppliquer à la source de bismuth. Lentement augmenter la puissance de chauffage pour le bateau de tungstène jusqu&#39;à ce que le taux de 2 A / s de dépôt est réalisé, par QCM lecture. </li><li> Ouvrez le volet de substrat pour commencer dépôt de bismuth. Dans l&#39;intervalle, de réinitialiser l&#39;épaisseur cumulée du QCM à zéro. </li><li> Continuer dépôt jusqu&#39;à une épaisseur apparente de 50 nm est accumulée. Fermez le volet de substrat. </li><li> Peu à peu diminuer la puissance d&#39;évaporation thermique à zéro. Désactivez la source. </li><li> Coupez l&#39;alimentation électrique vers le refroidisseur / réchauffeur thermique. </li><li> Purger la chambre de dépôt à la pression de l&#39;atmosphère et ouvrir la chambre. Récupérer le support de substrat et de recueillir les nanofils de bismuth substrats recouverts. </li></ol></li></ol>

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<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>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

La croissance de nanofils de bismuth doit être effectuée dans un système de dépôt physique en phase vapeur avec au moins deux sources de dépôt, une autre pour le bismuth et de vanadium. Il est recommandé que l&#39;une des sources est une source de pulvérisation au magnetron pour le dépôt de vanadium. Vide élevé est atteint par un pompes turbomoléculaires soutenus par une pompe de défilement sec. Le système de dépôt en phase vapeur est équipé d&#39;une microbalance à cristal de quartz calibré (QCM) pour la surveillance d...

Les nanofils limitent le transport des porteurs de charge et d&#39;autres quasi-particules, telles que des photons et plasmons en une dimension. En conséquence, les nanofils présentent habituellement de nouvelles propriétés électriques, magnétiques, optiques et chimiques, qui leur accordent un potentiel presque infinie pour des applications dans l&#39;électronique, la photonique, les technologies biomédicales, environnementales et liées à l&#39;énergie micro / nano. 1,2 Durant les deux dernières décennies, de nombreux de haut en bas et les approches bottom-up ont été développés pour la synthèse d&#39;une large gamme de métaux ou de semi-conducteurs nanofils de haute qualité à l&#39;échelle du laboratoire. 3-6 dépit de ces développements, chaque approche repose sur certaines propriétés uniques du produit final pour son succès. Par exemple, le procédé populaire vapeur-liquide-solide (VLS) est mieux adapté pour les matériaux semi-conducteurs qui ont des points de fusion plus élevés et forment un alliage eutectique avec catalytiques «graines» correspondant. 7 En conséquence, la synthèse d&#39;un nanofilmatériel d&#39;intérêt particulier ne peut pas être couvert par les techniques existantes. Comme un métalloïde avec petit chevauchement indirecte de bande (-38 meV à 0 K) et des porteurs de charge exceptionnellement légers, de bismuth en est un exemple. Le matériau se comporte radicalement différente à dimension réduite par rapport à sa masse, comme confinement quantique pourrait tourner nanofils de bismuth ou de films minces dans un étroit intervalle de bande semi-conducteurs. 8-12 Dans l&#39;intervalle, la surface des formes de bismuth un métal quasi-bidimensionnelle qui est nettement plus que sa masse métallique. 13,14 On a montré que la surface de bismuth réalise une mobilité des électrons de 2 × 10 4 cm 2 V -1 s -1 et contribue fortement à sa puissance thermoélectrique en forme de nanofil. 15 Comme tel, il ya des intérêts importants sur l&#39;étude de nanofils de bismuth pour électronique et en particulier les applications thermoélectriques. 12-16 Cependant, en raison de bismuth très faiblepoint de fusion (544 K) et la préparation à l&#39;oxydation, il reste un défi à la synthèse de nanofils de bismuth cristallin simples en utilisant des techniques traditionnelles de phase en phase vapeur ou en solution de haute qualité. Auparavant, il a été rapporté par quelques groupes qui monocristallin nanofils de bismuth croissent à faible rendement au cours de dépôt sous vide de couches minces de bismuth, qui est attribué à la libération de stress accumulé dans le film. 17-20 Plus récemment, nous avons découvert un roman technique qui repose sur l&#39;évaporation thermique de bismuth sous vide poussé et conduit à la formation évolutive de simples nanofils de bismuth cristallin avec un rendement élevé. 21 En comparant précédemment rapporté méthodes, la plus importante caractéristique de cette technique est que le substrat de croissance est fraîchement revêtu avec une fine couche de vanadium nanoporeux avant bismuth dépôt. Au cours de l&#39;évaporation thermique de celui-ci, de la vapeur de bismuth infiltre dans la structure nanoporeuse du vanAdium cinéma et s&#39;y condense comme nanodomaines. Étant donné que le vanadium ne soit pas mouillée par le bismuth condensé, les domaines infiltrés sont ensuite expulsés de la matrice de vanadium pour libérer leur énergie de surface. Il est l&#39;expulsion continue des nanodomaines bismuth qui forme les nanofils de bismuth verticales. Depuis les domaines de bismuth sont seulement 1-2 nm de diamètre, ils sont soumis à la suppression significative du point de fusion, ce qui les rend presque fondu à RT. En conséquence, la croissance des nanofils procède au substrat maintenu à la température ambiante. D&#39;autre part, comme la migration des domaines de bismuth est thermiquement activée, la longueur et la largeur des nanofils peuvent être réglés dans un large intervalle en contrôlant simplement la température du substrat de croissance. Ce protocole vidéo détaillée est destiné à aider les nouveaux praticiens dans le domaine éviter divers problèmes communs associés au dépôt physique en phase vapeur de films minces dans un environnement exempt d&#39;oxygène vide poussé.

<table><tbody><tr><td>Bismuth</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>556130</td><td>Granular, 99.999</td></tr><tr><td> % Vanadium Slug</td><td>Alfa Aesar</td><td>42829</td><td>3.175&nbsp ; mm (0,125 &nbsp ; po) dia x 6.35&nbsp ; mm (0,25 &nbsp ; longueur, 99,8 %</td></tr><tr><td>Cible de pulvérisation au vanadium</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTVXXX253A2</td><td>3,00 » Dia. x 0,125 » d’épaisseur, 99,5 %</td></tr> <tr><td>Acétone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>179124</td><td>>99,5 %</td></tr><tr><td>Éthanol</td><td>Alfa Aesar</td><td>33361</td><td></td></tr><tr><td>Plaquette de silicium</td> anhydre <td>Wafers</td><td></td> University de <td>300 microns d’épaisseur, (100) orientation</td></tr><tr><td>Silver Filled Epoxy</td><td>Circuit Works</td><td>CW2400</td> Bateau en <td>tungstène en résine époxy conductrice en deux parties</td></tr><tr><td>, recouvert d’alumine</td><td>R. D. Mathis</td><td>S9B-AO-W</td><td>Pour l’évaporation thermique du bismuth</td></tr><tr><td>Bateau en tungstène</td><td>R. D. Mathis</td><td>S4-.015W</td><td>Pour l’évaporation thermique du vanadium</td></tr><tr><td>RIE Plasma</td><td>Nordson March</td><td>CS-1701</td><td></td></tr><tr><td>PVD 75 Plate-forme de dépôt en phase vapeur</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>PEDP75FTCLT001</td><td>Équipé de trois sources d’évaporation thermique et d’une source de pulvérisation magnétron CC</td></tr><tr><td>Régulateur de température thermoélectrique</td><td>LairdTech</td><td>MTTC-1410</td><td></td></tr><tr><td>PT1000 RGD</td><td>LairdTech</td><td>340912-01</td> Capteur de température pour module thermoélectrique <td>MTTC-1410</td></tr><tr><td></td><td>LairdTech</td><td>56910-502</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasoniseur</td><td>Crest Ultrasons</td><td>Tru-Sweep 175</td><td></td></tr></tbody></table>

croissance sans pépins de bismuth nanowire tableau par évaporation thermique sous vide

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Voici une technique sans pépins et sans modèle-est démontré à scalable croître les nanofils de bismuth, par évaporation thermique sous vide poussé à la température ambiante. Classiquement réservé pour la fabrication de films minces métalliques, dépôts de bismuth évaporation thermique dans un réseau de nanofils verticaux unique cristallines sur un film mince plat de vanadium tenue à la température ambiante, qui est fraîchement déposée par pulvérisation à magnétron ou par évaporation thermique. En contrôlant la température du substrat de croissance de la longueur et la largeur des nanofils peuvent être réglés dans un large intervalle. Responsable de cette nouvelle technique est un mécanisme de croissance de nanofils auparavant inconnu que les racines de la porosité légère du film mince de vanadium. Infiltré dans les pores de vanadium, les domaines de bismuth (~ 1 nm) transportent l&#39;énergie de surface excessive qui supprime leur point de fusion et les expulse en permanence hors de la matrice de vanadium pour former des nanofils. Cette découverte démontre la faisabilité de la phase vapeur évolutive synthéSIAE de haute pureté nanomatériaux sans utiliser de catalyseurs.

Les images SEM en coupe transversale de sous-couches de vanadium formé par pulvérisation cathodique magnétron et des méthodes d&#39;évaporation thermiques sont présentés à la figure 2. La microscopie électronique à balayage (MEB) des images sont présentées de nanofils de bismuth formé à des températures de substrat différentes (figure 3). La structure cristalline des nanofils de bismuth est déterminée par microscopie électronique à transmission (TEM), diffraction électr...

Un protocole pour la croissance sans pépins et à haut rendement de réseaux de nanofils de bismuth par technique d’évaporation thermique sous vide est présenté.

Croissance sans pépins de Bismuth Nanowire tableau par évaporation thermique sous vide

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

L'objectif général de cette procédure expérimentale est de faire croître des nanofils monocristallins de bismuth de manière reproductible par évaporation thermique sous vide élevé. Cette méthode peut être utilisée pour synthétiser des nanofils de bismuth de haute qualité avec un rendement élevé. Ce matériau suscite un grand intérêt dans le domaine des études sur la semi-conductivité.Le principal avantage de cette technique est qu'elle ne nécessite ni catalyseurs ni germes, et que la procédure de synthèse s'effectue sous vide élevé, de sorte que le nanofil est formé avec une hyperpureté. Cette méthode permet de comprendre comment la porosité à l'échelle nanométrique induit une croissance spontanée de nanofils, mais elle devrait également s'appliquer à d'autres systèmes à bas point de fusion, comme l'indium et l'étain. Pour commencer, purgez la chambre de dépôt jusqu'à la pression atmosphérique puis ouvrez la chambre.La dépressurisation s'effectue en appuyant sur le bouton de démarrage de la dépressurisation PC situé sur l'interface du logiciel de contrôle, ce qui lance automatiquement une séquence permettant de ramener la chambre à la pression atmosphérique. Une fois la pression atmosphérique atteinte, ouvrez la chambre en tirant sur la porte d'accès frontale.Ensuite, montez un creuset d'évaporation en tungstène entre une paire d'électrodes d'évaporation thermique. Placez un gramme de pastilles de bismuth dans le creuset d'évaporation, puis fixez une cible de vanadium sur la source de pulvérisation cathodique. Connectez ensuite les connecteurs mini banane du contrôleur de température en boucle fermée au passage étanche électrique du système de dépôt.Pour nettoyer les substrats de croissance par plasma d'oxygène, placez les substrats de croissance dans un nettoyeur à plasma et faites le vide dans la chambre en appuyant sur le bouton « vac on » jusqu'à atteindre une pression de base de 10 millitorr. Ouvrez la vanne de gaz d'oxygène et introduisez de l'oxygène dans la chambre en appuyant sur le bouton « gas on » du panneau avant. Réglez le débit en appuyant sur les boutons INCR et DECR pour le contrôle du débit de gaz afin de maintenir une pression dans la chambre d'environ 100 millitorr.Ensuite, réglez la puissance du plasma à 20 watts en appuyant sur les boutons INCR et DECR pour le contrôle de la puissance, puis allumez le plasma en appuyant sur le bouton RF on. Attendez cinq minutes avant d'éteindre le plasma en appuyant sur le bouton RF on. Ouvrez ensuite la chambre en appuyant sur le bouton de purge avant de retirer les substrats pour charger le substrat.Commencez par fixer l'ensemble de commande de température du substrat sur le porte-substrat. Utilisez des pinces à ressort pour monter les substrats de croissance sur la partie supérieure de l'ensemble chauffage-refroidissement par effet Peltier. Ensuite, installez le porte-substrat entièrement assemblé dans la chambre de dépôt en phase vapeur.Avec les substrats orientés vers les sources de dépôt, connectez les raccords électriques à l'ensemble du refroidisseur chauffant Peltier. Fermez l'obturateur du substrat afin d'éviter un dépôt involontaire sur le substrat. Ensuite, commencez à pomper la chambre de dépôt.La pompe est activée en appuyant sur le bouton de démarrage de la pompe PC situé dans l'interface du logiciel de contrôle, ce qui lance automatiquement une séquence permettant de pomper la chambre jusqu'à sa pression de base afin de déposer du vanadium à l'aide d'une source de pulvérisation cathodique. Démarrer le débit d'argon dans la source de pulvérisation. Régler le débit entre 40 et 50 centimètres cubes par minute normalisés. Ajuster la vitesse de rotation des pompes turbomoléculaires pour obtenir une pression dans la chambre comprise entre 2,5 et 3 millitorr, tandis que la chambre atteint progressivement sa pression d'équilibre.Réglez les facteurs de calibration d'épaisseur du microbalance à cristal de quartz ou QCM pour le vanadium. La densité est de 5,96 grammes par centimètre cube, et le facteur Z est de 0,530. Activez la source de pulvérisation cathodique et réglez la puissance entre 200 et 250 watts sans ouvrir l'obturateur du substrat.Laissez fonctionner la source pendant deux minutes. Ouvrez l'obturateur du substrat pour commencer le dépôt de vanadium. Pendant ce temps, réinitialisez à zéro l'épaisseur accumulée sur le QCM.Poursuivre le dépôt jusqu'à ce qu'une épaisseur apparente de 20 nanomètres soit accumulée par lecture du QCM. Ensuite, fermer l'obturateur du substrat et réduire progressivement la puissance de pulvérisation à zéro. Puis éteindre la source et couper l'écoulement d'argon.Enfin, remettez la pompe turbomoléculaire à pleine puissance. Il est très important que la température du substrat soit maintenue de manière stable et précise, car les lignes du nano virus sont fortement ajustées en fonction de la température. Pour le dépôt de bismuth à des températures supérieures ou inférieures à la température ambiante, réglez la valeur souhaitée sur le régulateur de température. Attendez jusqu'à ce que la température souhaitée soit atteinte.Régler les facteurs de calibration d'épaisseur pour le QCM en ce qui concerne le bismuth. La densité est de 9,78 grammes par centimètre cube, et le facteur Z est de 0,790. Allumer l'alimentation électrique de l'évaporation thermique de la source de bismuth.Ensuite, augmentez lentement la puissance de chauffage du creuset en tungstène jusqu'à atteindre un taux de dépôt de deux angströms par seconde. Selon la lecture du QCM, réinitialisez l'épaisseur accumulée du QCM à zéro. Pendant ce temps, ouvrez le volet du substrat pour commencer le dépôt de bismuth.Poursuivre le dépôt jusqu'à l'accumulation d'une épaisseur apparente de 50 nanomètres. Fermer ensuite l'obturateur du substrat. Diminuer progressivement la puissance d'évaporation thermique jusqu'à zéro.Éteignez la source. Coupez l'alimentation électrique du refroidisseur chauffant thermoélectrique. Relâchez la chambre de dépôt à la pression atmosphérique et ouvrez la chambre.Enfin, récupérez le porte-substrat et collectez les substrats recouverts de nanofils de bismuth. Les images de microscopie électronique à balayage en coupe transversale, ou MEB, du sous-couche de vanadium formée par magnétron, pulvérisation cathodique et évaporation thermique sont présentées ici. Des images MEB sont présentées pour les nanofils de bismuth formés à différentes températures de substrat.La structure cristalline des nanofils de bismuth est déterminée par microscopie électronique en transmission, diffraction électronique en zone sélectionnée et études par diffraction des rayons X. Une analyse élémentaire par spectroscopie de dispersion d'énergie des rayons X indique que les nanofils de bismuth ne forment pas un alliage avec la sous-couche de vanadium. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de faire croître de manière habile.La fabrication de nanostructures cristallines par évaporation thermique sous vide élevé nécessite un contrôle précis de la température du substrat, car celle-ci peut influencer de manière significative les dimensions des nanostructures. Une pression de base faible est également essentielle afin d'éviter l'oxydation des matériaux déposés après leur formation. Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la synthèse des nanostructures, en leur permettant d'utiliser l'énergie de surface comme force motrice pour produire des nanostructures de haute qualité et hautement ordonnées.

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