Name: Fabbricazione di nano-ingegneria trasparenti Ossidi Conducting da Pulsed Laser Deposition (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-02-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 27 s
Description: Scopri la deposizione laser a impulsi di film sottili di ossido di zinco drogato alluminio per applicazioni fotovoltaiche. Questo metodo consente di ottenere strutture compatte o gerarchiche nano-porose con proprietà ottiche controllate.

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1. Preparazione del supporto <ol><li> Tagliare 1 cm x 1 centimetri substrati di silicio di un wafer di silicio, il silicio è un bene per la caratterizzazione SEM (vista in pianta e sezione). </li><li> Tagliare 1 cm x 1 cm vetro (soda-calce, 1 mm di spessore), il vetro è ottimale per la caratterizzazione ottica ed elettrica. </li><li> Se i contatti sono necessari su substrati di vetro, contatti Au può essere evaporato sotto vuoto utilizzando una maschera. Cauzione 10 nm di Cr come intercalare per migliorare l&#39;adesione di Au, deposito 50 nm di Au. </li><li> Tagliare 1 cm x 1 cm campione di polimero (ad esempio etilene tetrafluoroetilene, ETFE). </li><li> Pulire i substrati sonicating in isopropanolo per 5-10 minuti e risciacquare in isopropanolo, asciugare con un flusso di N 2. </li></ol> 2. Laser di allineamento e selezione dei parametri laser <ol><li> Warm-up del laser Nd: YAG e selezionare IV emissione armonica (266 nm) utilizzando un generatore di quarta armonica (FHG) costituito da due segeneratori cond armoniche (SHG) in cascata. </li><li> Montare un peso del 2%. Al 2 O 3:. ZnO bersaglio circolare (&quot;diametro 2) sul manipolatore destinazione Allineare il punto laser al centro del bersaglio, inizia la rotazione target e traduzione e impostare l&#39;intervallo verticale massimo Verificare che mai il punto laser tocca l&#39;esterno. Anello acciaio utilizzato per fissare il bersaglio. Il bersaglio viene spostato con un movimento roto-traslatorio avere ablazione uniforme della superficie target. </li><li> Selezionare la frequenza di ripetizione (ad esempio 10 Hz) e impulso di energia (ad esempio, 75 mJ). Regolare impulso di energia e stabilità laser monitor un misuratore di potenza. </li><li> Spostare la lente di focalizzazione ad una posizione selezionata e utilizzare un pezzo di carta sensibile collegata al bersaglio per misurare la dimensione del punto. Per qualunque posizione delle lente di focalizzazione fuoco colpi laser 1-5 sulla carta. Selezionare una posizione dell&#39;obiettivo per avere una fluenza laser di circa 1 J / cm 2. </li></ol> 3. Impostazione di un PLDd Selezione dei parametri di deposizione <ol><li> Allineamento della posizione substrato <ol><li> Montare un foglio circolare di carta di circa 2 &quot;di diametro come substrato per test di allineamento. </li><li> Spostare il supporto substrato ad un bersaglio a distanza d substrato TS = 50 mm. </li><li> Avviare il pompaggio del camera con pompe primarie e turbomolecolare fino a quando il livello di vuoto raggiunge 10 -2 Pa. </li><li> Selezionare un tipo di gas (ovvero, ossigeno) e regolare la velocità di pompaggio e di flusso di gas per avere la giusta pressione del gas (vedere sezioni 4 e 5). Regolare la posizione xy del manipolatore substrato fuori asse rispetto al centro pennacchio di ottenere film di spessore uniforme su una corona circolare. </li><li> Inizia ablazione rimuovendo il tappo / misuratore di potenza del fascio. Se il bersaglio è nuovo o se non è stato utilizzato per lungo tempo, questo pre-ablazione è necessario pulire il bersaglio. </li><li> Interrompere ablazione quando un deposito può essere visto sul paper guardando da una finestra. </li></ol></li><li> Determinazione della lunghezza pennacchio plasma <ol><li> Seguire i punti 3.1.1. a 3.1.5, durante l&#39;ablazione scattare foto con una fotocamera digitale con 0,5 - 1 volta accumulo sec per media diversi pennacchi di plasma. </li><li> Misurare la lunghezza visibile pennacchio plasma dalle fotografare d TS come riferimento (vedi Figura 3). </li></ol></li><li> Calibrazione dello spessore del film <ol><li> Spostare il supporto lontano dal bersaglio (cioè 100 mm e più) e spostare il quarzo Micro-Balance (QCM) ad una distanza pari a d TS dal bersaglio. </li><li> Deposito 1000 scatti laser (vale a dire 1 &#39;40&#39;&#39;) e misurare il valore della massa depositata, quindi spostare il QCM via. </li><li> Montare un substrato di Si come in 1.1. </li><li> Depositare un campione di prova (ad esempio, 18.000 colpi di laser, vale a dire 30 &#39;) e di utilizzare immagini di sezioni trasversali SEM per calibrate la velocità di deposizione (nm / impulso). </li></ol></li></ol> 4. Deposizione di nanoengineered AZO Films <ol><li> Montare i supporti preparati come al punto 1 sul manipolatore supporto campione con del nastro adesivo. </li><li> Seguire i punti 3.1.2 - 3.1.3. </li><li> Avviare la rotazione del substrato. </li><li> Deposizione di film di AZO compatti <ol><li> Accendere il cannone ionico e ioni energia impostata a 100 eV, potenza RF a 75-100 W e flusso di gas Ar a 20 sccm (la pressione è nel campo di 10 -2 Pa). Substrati puliti con Ar + cannone ionico per 5-10 min. Dopo la pulizia ingresso del gas di trattamento di gas e liquidi stretta la camera per rimuovere Argon. </li><li> Inserire ossigeno e regolare la velocità di pompaggio e il flusso di gas di avere 2 Pa ossigeno. </li><li> avviare ablazione e deposito per 18.000 colpi (30 &#39;). Durante controllo ablazione che la lunghezza pennacchio è la stessa come determinato nel passo 3,2. </li><li> smettere di ablazione, vicino gcome ingresso, la camera di pump down. </li></ol></li><li> Deposizione di film strutturati gerarchicamente AZO <ol><li> Inserire gas ossigeno e regolare la velocità di pompaggio e di flusso di gas per avere 160 Pa ossigeno. </li><li> avviare ablazione e deposito per 18.000 colpi (30 &#39;). Durante controllo ablazione che la lunghezza pennacchio è la stessa come determinato nel passo 3,2. </li><li> smettere di ablazione, vicino ingresso del gas, pump down la camera. </li></ol></li><li> Sfiatare la camera e prelevare campioni </li></ol> 5. Caratterizzazione elettrica ed ottica <ol><li> Misurare le proprietà nel piano di trasporto con quattro sonde tecniche (ad esempio il metodo Van der Pauw). Vedere Figura 4 per uno schema dei contatti. Valori tipici della corrente sonda sono in μA 1-10 mA. Le misurazioni viene eseguita su un&#39;area campione ridotto a 0,7 cm x 0,7 centimetri per garantire una uniformità di spessore maggiore (circa il 5%). </li><li> Misurare la optical trasmittanza del campione e del substrato nudo. Correggere gli spettri per il contributo substrato Impostare a 1 per l&#39;intensità con il vetro / film interfaccia. Per la procedura di correzione precisa assicurarsi che il campione è montato con il substrato di vetro di fronte al fascio incidente. Determinare la trasparenza della luce visibile calcolando la trasmittanza media nell&#39;intervallo 400-700 nm. Utilizzare una sfera di diametro 150 mm integrazione per misurare la frazione diffusa della luce, il fattore Haze può essere calcolato dividendo la frazione dispersa dalla luce totale trasmessa (cioè disperse e in avanti trasmessa), vedi figura 5. </li></ol>

<ol><li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Pulsed+Laser+Deposition+of+Thin+Films%22">Pulsed Laser Deposition of Thin Films</a>. Chrisey, D. B., Hubler, G. K. , John Wiley & Sons. New York. (1994).</li>
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</ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

La forma pennacchio plasma è strettamente legato al processo di ablazione, soprattutto in presenza di un gas, il monitoraggio del pennacchio plasma mediante ispezione visiva è importante controllare la deposizione. Nel depositare un ossido metallico da ablare un target di ossido, l&#39;ossigeno è necessario per supportare le perdite di ossigeno durante il processo di ablazione. A bassa pressione gas di fondo di ossigeno, il materiale depositato può avere vacanze di ossigeno. Questo effetto è ridotto aumentando la pressi...

Deposizione laser pulsata (PLD) impiega ablazione laser di un bersaglio solido che risulta nella formazione di un plasma di specie ablata che può essere depositato su un substrato di crescita di un film (vedi Figura 1) 1. Interazione con una atmosfera di fondo (inerte o reattivo) può essere usato per indurre nucleazione omogenea cluster in fase gas (vedi figura 2) 2,3. La strategia per la sintesi di materiali da PLD si basa sulla regolazione delle proprietà materiali in un approccio ascendente un controllo accurato della dinamica plasma generato nel processo PLD. Dimensione dei cluster, energia cinetica e la composizione può essere variata da una corretta impostazione di parametri di deposizione che influenzano la crescita di film e comportano variazioni morfologiche e strutturali 4,5. Sfruttando il metodo descritto qui dimostrato, per una serie di ossidi (ad es WO 3, Ag 4 O 4, Al 2 O 3 and TiO 2), la capacità di regolare morfologia, densità, porosità, grado di ordine strutturale, stechiometria e fase modificando la struttura del materiale su scala nanometrica 6-11. Questo permette la progettazione di materiali per applicazioni specifiche 12-16. Con riferimento alle applicazioni fotovoltaiche, abbiamo sintetizzato TiO2 nanostrutturato gerarchicamente organizzato da nanoparticelle di montaggio (&lt;10 nm) in un nano-e mesostruttura che assomiglia a un &#39;foresta di alberi&#39; 13 mostra risultati interessanti quando impiegato come fotoanodi nelle tinture per celle solari sensibilizzate (DSSC ) 17. Sulla base di questi risultati precedenti si descrive il protocollo per la deposizione di Al-ZnO drogato (AZO) film come un ossido conduttore trasparente. Ossidi conduttori trasparenti (TCO) sono bandgap elevata (&gt; 3 eV) convertito in materiali conduttori dal drogaggio pesante, visualizzando resistività &lt;10 -3 ohm-cm e più del 80% ottica transmittance nel campo del visibile. Essi sono un elemento chiave per molte applicazioni come touch screen e celle solari 18-21 e sono tipicamente coltivate con tecniche differenti come sputtering, deposizione laser pulsata, deposizione chimica da vapore, pirolisi a spruzzo e con una soluzione a base di metodi chimici. Tra TCO, indio-stagno-ossido (ITO) è stato ampiamente studiato per la sua bassa resistività, ma presenta l&#39;inconveniente del costo elevato e bassa disponibilità di indio. La ricerca sta ora muovendo verso indio senza sistemi come F-drogato SnO 2 (FTO), Al-ZnO drogato (AZO) e F-ZnO drogato (FZO). Elettrodi in grado di fornire una gestione intelligente della luce incidente (intrappolamento luce) sono particolarmente interessanti per applicazioni fotovoltaiche. Per sfruttare la possibilità di disperdere la luce visibile attraverso strutture e morfologie modulati su scala paragonabili alla lunghezza d&#39;onda della luce (per esempio 300-1,000 nm), un buon controllo sulmorfologia film e sulle architetture di montaggio del cluster è necessario. In particolare, si descrive come ottimizzare la morfologia e la struttura dei film AZO. Compatta AZO depositato a bassa pressione (2 ossigeno Pa) a temperatura ambiente e caratterizzata da una bassa resistività (4,5 x 10 -4 ohm cm) e trasparenza alla luce visibile (&gt; 90%) che è competitiva con AZO depositati a temperature elevate, mentre AZO strutture gerarchiche sono ottenuti ablazione a O 2 pressioni superiori a 100 Pa. Tali strutture visualizzare una forte capacità diffondente con fattore di foschia fino al 80% e più 22,23.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente / materiale </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td></tr><tr><td> Laser pulsato </td><td> Continuum-Quantronix </td><td> Powerlite 8010 </td></tr><tr><td> Potenza metro </td><td> Coerente </td><td> FieldMaxII-TO </td></tr><tr><td> Ion Gun </td><td> Mantis Dep </td><td> RFMax60 </td></tr><tr><td> Controllore di flusso di massa </td><td> Mks </td><td> 2179 ° </td></tr><tr><td> Di cristallo al quarzo Microbalance </td><td> Infcon </td><td> XTC / 2 </td></tr><tr><td> Sfondo di gas </td><td> Rivoira-Praxair </td><td> 5,0 di ossigeno </td></tr><tr><td> Obiettivo </td><td> Kurt Lesker </td><td> (Realizzato su richiesta) </td></tr><tr><td> Isopropanolo </td><td> Sigma Aldrich </td><td> 190.764-2L </td></tr><tr><td> Fonte metro </td><td> Keithley </td><td> K2400 </td></tr><tr><td> Magnet Kit </td><td> Ecopia </td><td> 0.55T-Kit </td></tr><tr><td> Spettrofotometro </td><td> PerkinElmer </td><td> Lambda 1050 </td></tr></tbody></table>

fabbricazione di nano-ingegneria trasparenti ossidi conducting da pulsed laser deposition

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Pulsed Laser Deposition nanosecondo (PLD) in presenza di un gas di fondo permette la deposizione di ossidi metallici con sintonizzabile morfologia, struttura, densità e stechiometria da un adeguato controllo della dinamica plasma pennacchio di espansione. Tale versatilità può essere sfruttata per produrre film nanostrutturati da nanoporoso denso e compatto per caratterizzata da un gruppo gerarchico di dimensioni nano cluster. In particolare si descrive la metodologia dettagliata per fabbricare due tipi di Al-ZnO drogato (AZO) film come elettrodi trasparenti in dispositivi fotovoltaici: 1) a bassa pressione O 2, film compatti con conducibilità elettrica e vicino trasparenza ottica allo stato dell&#39;arte ossidi trasparenti conduttori (TCO) possono essere depositati a temperatura ambiente, per essere compatibile con i materiali sensibili al calore come i polimeri utilizzati nel fotovoltaico organico (OPV), 2) strutture di scattering di luce altamente gerarchica simile ad una foresta di nano-alberi sono prodottiuced a pressioni superiori. Tali strutture mostrano elevato fattore di Haze (&gt; 80%) e può essere sfruttata per aumentare la capacità di cattura della luce. Il metodo qui descritto per film AZO può essere applicato ad altri ossidi metallici pertinenti per applicazioni tecnologiche come TiO 2, Al 2 O 3, WO 3 e Ag 4 O 4.

La deposizione di AZO da PLD in atmosfera di ossigeno produce compatte film trasparenti conduttori a bassa pressione gas di fondo (cioè 2 Pa) e mesoporosi foresta-come le strutture costituite da gruppi gerarchicamente assemblati a pressioni elevate (160 Pa). Il materiale è costituito da domini nanocristallini cui dimensione è massima (30 nm) a 2 Pa 22. A causa di collisioni tra le specie ablato e il gas di sfondo, la forma e la lunghezza del pennacchio plasma var...

Descriviamo il metodo sperimentale per depositare film sottili di ossidi nanostrutturati da Pulsed Laser Deposition nanosecondi (PLD) in presenza di un gas di fondo. Utilizzando questo metodo di Al-ZnO drogato (AZO) film, dalla compatta alla gerarchicamente strutturata come nano-alberi delle foreste, possono essere depositati.

Fabbricazione di nano-ingegneria trasparenti Ossidi Conducting da Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Lo scopo del seguente esperimento è regolare la morfologia e la struttura dell'ossido di zinco drogato con alluminio, cresciuto mediante deposizione con laser a impulsi per applicazioni fotovoltaiche. Questo viene ottenuto per ablazione di una targhetta di ossido di zinco e ossido di alluminio mediante impulsi laser nanosecondi, al fine di produrre un pennacchio di specie atomiche espulse dalla targhetta come secondo passaggio. La pressione del gas di fondo durante l'ablazione viene controllata per regolare il processo di deposizione.Successivamente, a seconda della pressione del gas, vengono ottenuti film di ossido di zinco drogati con alluminio compatti oppure con struttura gerarchica nanoporosa, mostrando elevata trasparenza per le strutture compatte ed evidenziando la diffusione per quelle gerarchiche. Il principale vantaggio di questa tecnica risiede nella versatilità, nella realizzazione di diverse morfologie strutturali, dai film compatti ai sistemi simili a foreste nanometriche. Inoltre, questa procedura può essere applicata a una varietà di metalli e ossidi.Questo metodo può contribuire alla produzione di nuovi materiali di possibile interesse per applicazioni in fotovolta

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-Laser a femtosecondi diretta scrittura viene spesso utilizzato per creare tridimensionali (3D) in modelli di polimeri e bicchieri. Tuttavia, i metalli di patterning in 3D rimane una sfida. Si descrive un metodo per fabbricare nanostrutture argento incorporati all'interno di una matrice polimerica utilizzando un laser a femtosecondi centrato a 800 nm.

Un metodo per fabbricare nanostrutture d&#39;argento disconnesse in 3D

Descriviamo l'uso di deposizione a laser pulsato (PLD), fotolitografia e tecniche di wire-bonding per creare micrometro scala complessi dispositivi di ossidi. La PLD è utilizzato per crescere film sottili epitassiali. Tecniche di fotolitografia e wire-bonding vengono introdotti per creare dispositivi pratici per scopi di misurazione.

Fabbricazione di ossidi complessi spazialmente confinati

Le nanostrutture di ossido offrono nuove opportunità per la scienza e la tecnologia.  La conducibilità interfacciale tra LaAlO3 e SrTiO3 può essere controllata con precisione quasi atomica utilizzando una tecnica di microscopia a forza atomica conduttiva.  Viene dimostrato il protocollo per la creazione e la misurazione di nanostrutture conduttive alle interfacce LaAlO3/SrTiO3.

Scrittura e bassa temperatura Caratterizzazione di nanostrutture di ossido

Varie procedure sono descritte per preparare modelli atomicamente definiti per la crescita epitassiale di film sottili di ossidi complessi. Trattamenti chimici unici SrTiO cristallina 3 (001) e DyScO 3 (110) substrati sono stati eseguiti per ottenere atomicamente lisce superfici singole terminati. Ca 2 Nb 3 O 10 - nanosheets sono stati usati per creare modelli atomicamente definiti su substrati arbitrari.

Modelli atomicamente definiti per epitassiale crescita di ossido Complex Thin Films

Qui vi presentiamo un protocollo per la sintesi di Zn 1-x mg x O / Cu 2 O eterogiunzioni in open-air a bassa temperatura tramite pressione atmosferica spaziale Atomic Layer Deposition (AP-SALD) di Zn 1-x mg x O su ossido rameoso. Tali ossidi metallici conformazionale alta qualità possono essere coltivate su una varietà di substrati compresi plastiche di questo metodo economico e scalabile.

Qualità Heterojunction migliorata in Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O basati su celle solari attraverso l&#39;ottimizzazione della pressione atmosferica spaziale atomica strato depositato<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

Questo protocollo descrive la deposizione sintesi e soluzione inorganica strato dopo strato nanocristalli per produrre elettronica film sottile su superfici non conduttive. inchiostri a solvente stabilizzato in grado di produrre dispositivi fotovoltaici completi su substrati di vetro tramite rotazione e spruzzo rivestimento seguenti scambio ligando post-deposizione e sinterizzazione.

Fabbricazione di inorganici nanocristalli fotovoltaici dispositivi completamente Soluzione Processing

Strutture colonnari ossido di zinco in forma di barre sono sintetizzati tramite deposizione di vapore chimico assistita da aerosol senza l'uso di particelle di catalizzatore-seme pre-depositate. Questo metodo è scalabile e compatibile con i vari substrati basati su silicio, quarzo o polimeri.

Aerosol-assisted Chemical Vapor Deposition di strutture in ossido di metallo: aste di ossido di zinco

Presentiamo un metodo dettagliato per la realizzazione di pellicole a colori ultra-sottile con caratteristiche migliorate per rivestimenti ottici. La tecnica di deposizione di angolo obliquo utilizzando un evaporatore del fascio di elettroni permette accordabilità colore migliorato e purezza. Film fabbricato di Ge e Au su substrati di Si sono stati analizzati mediante misure di riflettanza e conversione di informazioni di colore.

Fabbricazione di film ultra-sottile di colore con altamente assorbente Media mediante deposizione di angolo obliquo

La sintesi di alta qualità all'ingrosso e a film sottile (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O e (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) Ossidi di entropia-stabilizzato O è presentato.

Massa e sintesi di Film sottile di ossidi compositivamente varianti entropia-stabilizzato

I materiali ossidi mostrano molte proprietà esotiche che possono essere controllate regolando il contenuto di ossigeno. Qui, dimostriamo la regolazione del contenuto di ossigeno negli ossidi variando i parametri di deposizione laser pulsata ed eseguendo la postannealing. Ad esempio, le proprietà elettroniche delle eterostrutture basate su SrTiO3 sono regolate da modifiche di crescita e ricottura.

Regolazione delle proprietà dell'ossido mediante il controllo del vuoto di ossigeno durante la crescita e la ricottura

Qui, presentiamo un protocollo per la deposizione di pellicole di ossido di niobium eseguendo sputtering reattivamente con diverse velocità di flusso di ossigeno da utilizzare come strato di trasporto di elettroni nelle celle solari perovskite.

Pellicole dell'ossido di Niobium depositate da Sputtering reattivo: Effetto del flusso di ossigeno

Scopri la deposizione laser a impulsi di film sottili di ossido di zinco drogato alluminio per applicazioni fotovoltaiche. Questo metodo consente di ottenere strutture compatte o gerarchiche nano-porose con proprietà ottiche controllate.

Fabbricazione di nano-ingegneria trasparenti Ossidi Conducting da Pulsed Laser Deposition

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