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

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.

Lo scopo del seguente esperimento è quello di mettere a punto la morfologia e la struttura dell'ossido di zinco drogato con alluminio coltivato mediante deposizione laser a impulsi per applicazioni fotovoltaiche. Ciò si ottiene mediante l'ablazione di un bersaglio di ossido di zinco e ossido di alluminio mediante impulsi laser a nanosecondi per produrre un pennacchio di specie atomiche espulse dal bersaglio come secondo passo. La pressione del gas di fondo durante l'ablazione è controllata per regolare il processo di deposizione.

Successivamente, vengono coltivati film di ossido di zinco di droga di alluminio gerarchico compatto e Lumina o nano poroso a seconda della pressione del gas, si ottengono risultati che mostrano un'elevata trasparenza per le strutture compatte e evidenziano la dispersione per quelle gerarchiche. Il vantaggio principale di questa tecnica è nella versatilità, nella realizzazione di diverse morfologie di struttura, dai film compatti ai sistemi di nano pasal foreste. E questa procedura può essere applicata anche a una varietà di metalli e ossidi.

Questo metodo può aiutare a produrre nuovi materiali di potenziale interesse nei serbatoi di fotovolumetria, come gli elettrodi trasparenti con una forte capacità di diffusione della luce. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto le fasi di deposizione sono difficili da apprendere a causa dei diversi tessuti legati alla tecnologia del vuoto. E la tecnologia laser Inizia preparando i substrati su cui avverrà la deposizione.

Tagliare diversi quadrati di un centimetro per un centimetro ciascuno da un wafer di silicio da un vetro sodo-calcico spesso un millimetro e da un campione di polimero. Qui et fe. Pulire i substrati sonicandoli con isopropanolo per cinque-10 minuti.

Sciacquare un isopropanolo e asciugare utilizzando un flusso di azoto come primo passo. Riscaldare il laser YAG al neodimio. Utilizzare un generatore di quarta armonica composto da due generatori di seconda armonica in cascata per produrre luce a una lunghezza d'onda di 266 nanometri.

Quindi montare un bersaglio circolare di due pollici di diametro costituito dal 2% in peso, ossido di alluminio in ossido di zinco sul manipolatore del bersaglio dell'apparato di deposizione. Puntare il laser al centro del bersaglio con un angolo di incidenza compreso tra 40 gradi e 45 gradi. Avvia la rotazione e la traslazione del target.

Questo viene sempre fatto per garantire un'ablazione uniforme. Impostare l'intervallo verticale del movimento in modo che lo spot laser non tocchi l'anello esterno in acciaio utilizzato per tenere il bersaglio. Ora seleziona la frequenza di ripetizione del laser e l'energia dell'impulso.

In questa dimostrazione, ci sono rispettivamente 10 hertz e 75 millijoule. Blocca il raggio e monitora la stabilità del laser con un misuratore di potenza. Per il passaggio successivo, attacca un pezzo di carta fotosensibile al bersaglio.

Per misurare la dimensione del punto, spostare la lente di messa a fuoco a una distanza dal bersaglio che produca la fluenza laser di circa un joule per centimetro quadrato. Verificalo sparando da uno a cinque colpi laser sulla carta. Ad ogni posizione della lente candidata, rimuovere la carta.

Al termine, montare prima un foglio di carta circolare di due pollici di diametro nel supporto del substrato per i test di allineamento. Spostare il supporto del supporto di stampa su una distanza di 50 millimetri tra il bersaglio e il supporto di trasmissione. Iniziare a pompare la camera fino a quando il livello di vuoto raggiunge un centinaio di pascal.

Una volta stabilito il livello di vuoto, selezionare un tipo di gas e regolarlo. La sua velocità di pompaggio e il flusso di gas per avere la corretta pressione del gas. In questo esperimento viene utilizzato ossigeno a 160 pascal.

Regolare la posizione XY del supporto del substrato dell'asse rispetto al centro del pennacchio. Ciò garantisce uno spessore uniforme del film su una corona circolare quando il supporto del campione viene ruotato. Quindi, inizia l'ablazione rimuovendo il misuratore di potenza e avviando il movimento del bersaglio.

Questa preablazione può essere necessaria per pulire il bersaglio per la successiva determinazione della lunghezza del pennacchio plasmatico. Inizia a scattare foto del plasma con un tempo di accumulo da mezzo a un secondo, quando un deposito può essere visto sulla carta da una finestra. Arrestare l'ablazione con il fermafascio per calibrare lo spessore del film.

Spostare il supporto del substrato vuoto ad almeno 100 millimetri dal bersaglio. Quindi, spostare una microbilancia di quarzo sul bersaglio dell'esperimento alla posizione del substrato a 50 millimetri dal bersaglio. Inizia l'ablazione e spara 1000 colpi laser al bersaglio.

Per questo esperimento, ci vorranno circa 100 secondi. Utilizzare l'uscita della microbilancia al quarzo per determinare la massa depositata sulla superficie. Quindi spostare la microbilancia al quarzo con il sistema di nuovo a pressione atmosferica.

Montare un substrato di silicone nel portacampioni, pompare il sistema come prima e introdurre il tipo di gas desiderato alla pressione desiderata. Ora il campione di prova del depositante è stato generato da circa 18.000 colpi laser. Una volta terminato, sfiatare il sistema per recuperare il campione.

Utilizzare immagini di microscopia elettronica a scansione trasversale per calibrare la velocità di deposizione per depositare film compatti A ZO montati uno dei substrati preparati. Una volta che il supporto di stampa è allineato correttamente, spostare il supporto del supporto di stampa a una distanza di 50 millimetri dal bersaglio al substrato. Ancora una volta, pompare il sistema fino al 100° di pascal.

Quando viene raggiunta tale pressione, avviare l'interruttore di rotazione del substrato sulla pistola ionica, impostare l'energia ionica a 100 elettronvolt e la potenza in radiofrequenza a 75-100 watt. Avviare il gas Argonne a un flusso di 70 centimetri cubi al minuto. Pulire il substrato con la pistola per argonne per cinque-10 minuti.

Dopo la pulizia, chiudere l'ingresso del gas e pompare la camera per rimuovere l'argon. Quando la pressione è tornata al 100° di pascal, introdurre l'ossigeno gassoso. Regolare la velocità di pompaggio e il flusso per avere la pressione dell'ossigeno a due pascal.

Avvia l'ablazione ed eroga 18.000 colpi con il laser durante l'ablazione. Verificare che la lunghezza del pennacchio sia la stessa trovata in precedenza alla stessa pressione. Infine interrompere l'ablazione e chiudere l'ingresso del gas.

Pompare la camera e poi sfiatarla per rimuovere i campioni. La procedura per i film strutturati gerarchicamente è molto simile. Montare e posizionare un substrato come prima.

Pompare il sistema al 100° di pascal e avviare il movimento dei bersagli e dei substrati. A questo punto, introdurre l'ossigeno gassoso e regolarne la velocità di pompaggio e il flusso di gas. Per avere una pressione di 160 pascal, iniziare l'ablazione ed erogare 18.000 colpi laser.

Verificare che la lunghezza del pennacchio sia costante al termine dell'ablazione, chiudere l'ingresso del gas e pompare la camera. Ancora una volta, sfiatare la camera per rimuovere il campione. La deposizione laser a impulsi di ossido di alluminio e zinco in un'atmosfera di ossigeno è influenzata dalla pressione dell'ossigeno a pressioni inferiori a 10 Pascal.

Viene prodotta una pellicola trasparente compatta come si vede qui a sinistra per una pressione di ossigeno di due pascal superiore a 10 pascal. Il processo di deposizione produce una struttura simile a una foresta meso porosa mostrata a destra per una pressione di ossigeno di 160 pascal. La trasmissione della luce e le proprietà elettriche dei film di ossido di sincronizzazione di alluminio variano con la pressione di fondo dell'ossigeno dell'ambiente di deposizione.

Nel grafico superiore, si vede che la trasmittanza ottica aumenta con l'aumentare della pressione di fondo, alla fine del 90%Questo grafico mostra anche quel fattore di foschia da 400 a 700 nanometri. Il rapporto tra fotoni diffusi e trasmessi aumenta anche la pressione di fondo dell'ossigeno. La resistività elettrica varia anche con la pressione di fondo, principalmente a causa della diversa connettività dei film prodotti come si vede nella trama.

I film regolari compatti creati al di sotto della pressione di 10 Pascal mostrano una bassa resistività. I film irregolari simili a foreste hanno una resistività che aumenta con la pressione di fondo che raggiunge i 10 ai sei ohm centimetri a 100 pascal Una volta padroneggiati. La deposizione di un film può essere effettuata in circa un'ora, un'ora e profondità, a seconda dello spessore.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante controllare tutti i parametri di deposizione durante la crescita del film con particolare attenzione alla lunghezza visibile del pennacchio. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come regolare la morfologia dei film ZO depositati post laser, in particolare, le impostazioni corrette dei parametri di deposizione per la deposizione di film compatti e nano potenti. Non dimenticare che lavorare con laser ad alta energia può essere estremamente difficile e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni come occhiali protetti.