Name: Fabbricazione di Grigliati un forte contrasto per la suddivisione Spectrum Dispersive elemento in un sistema fotovoltaico a concentrazione (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 8 s
Description: Scopri la fabbricazione di grigliati ad alto contrasto per sistemi fotovoltaici a concentrazione usando nanoimprint lithography e reactive ion etching. Questo metodo migliora l'efficienza dello splitting spettrale.

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Questa ricerca è stata supportata come parte del Centro per l&#39;Energia Nanoscienze, un Frontier Centro di ricerca energetica finanziata dal Dipartimento dell&#39;Energia degli Stati Uniti, Office of Science sotto Premio Numero DE-SC0001013. Vogliamo anche ringraziare il Dr. Max Zhang e il Dr. Jianhua Yang di HP Labs per il loro aiuto su misura TiO 2 sputtering pellicola e indici di rifrazione.

1. Preparare il polidimetilsilossano Blank (PDMS) substrato per nanoimprint Mold <ol><li> Processo Silicon Wafer Trattamento <ol><li> Pulire un wafer di silicio da 4 pollici da risciacquo con acetone, metanolo e isopropanolo. </li><li> Colpo asciugare usando la pistola di azoto. </li><li> Pulire con soluzione Piranha (3: 1 miscela di acido solforico al 30% di perossido di idrogeno) immergendo all&#39;interno per 15 min. </li><li> Risciacquare con acqua deionizzata. Colpo secco utilizzando la pistola di azoto. </li><li> Posizionare il wafer in un essiccatore di vetro. Aggiungere una goccia (20 gocce = 1 ml) di agente (triclorosilano) rilasciando in un essiccatore. </li><li> Pompare giù un essiccatore fino a quando il misuratore legge -762 Torr e attendere 5 ore. </li><li> Prendere wafer out, che è stato trattato con distaccante. </li></ol></li><li> Preparazione di PDMS Film (Utilizzato come Mold in nanoimprint) <ol><li> Pesare 10 g di elastomero siliconico base e 1 g di induritore. </li><li> Aggiungeteli nello stesso bicchiere di vetro. </li><li> StiR e mescolare con una bacchetta di vetro per 5 min. </li><li> Mettere il composto in un essiccatore a vuoto fino a quando il misuratore legge -762 Torr a pompare fuori tutte le bolle d&#39;aria intrappolate. </li><li> Stendere uniformemente sul trattato wafer di silicio da 4 pollici. </li><li> Cuocere la cialda con PDMS sulla parte superiore del forno a vuoto per 7 ore a 80 ° C per trattare la pellicola PDMS. </li></ol></li></ol> 2. Preparare il Mold nanoimprint (duplicazione dal Master Mold) <ol><li> Spin dodici gocce (20 gocce = 1 ml) di UV curable resist (15,2%) su un wafer di silicio pulito vuoto per 30 secondi a 1500 rpm. </li><li> Sbucciare con attenzione un pezzo di pellicola PDMS fuori wafer di silicio trattata. </li><li> Mettere la pellicola PDMS sul UV curabile resistere e lasciare assorbire resistere alla UV per 5 min allora sbucciarla fuori. </li><li> Ripetere 2.1-2.3 sulla stessa pellicola PDMS per due volte. Assorbire resistere UV per 3 minuti e 1 min, rispettivamente. </li><li> Collocare la pellicola PDMS (dopo tre volte UV resistono assorbimento) su uno stampo maestro di silicio. </li><li> Mettetelo in una camera con l&#39;ambiente di azoto. </li><li> Accendere lampada UV per curare il campione per 5 min. </li><li> Staccare la pellicola PDMS. Resistete alla curato UV sui PDMS manterrà il modello negativo dello stampo maestro. </li><li> Usa RF O 2 al plasma per il trattamento stampo PDMS. (Potenza RF: 30 W, pressione: 260 mTorr, tempo: 1 min) </li><li> Collocare lo stampo PDMS in una camera a vuoto con una goccia (20 gocce = 1 ml) di agente di distacco per 2 ore. </li></ol> 3. nanoimprint modello Transfer <ol><li> Spin otto gocce (20 gocce = 1 ml) di PMMA (996k, 3,1%) sul substrato da impresso per 50 secondi a 3.500 giri. </li><li> Cuocere su una piastra per 5 minuti a 120 ° C. </li><li> Attendere che il campione si raffreddi. </li><li> Spin otto gocce (20 gocce = 1 ml) di UV curable resist (3,9%) sullo stesso substrato. </li><li> Mettere lo stampo PDMS (preparata al punto 2) sul campione (sia con UV resistere e PMMA). </li><li> Mettetelo in una camera con l&#39;ambiente di azoto.</li><li> Accendere la lampada UV per curare per 5 min. </li><li> Peel lo stampo PDMS off il campione e il modello sullo stampo PDMS viene trasferito al campione. </li></ol> 4. Cr processo Lift-off <ol><li> Ion etching reattivo strato residuo di UV resistere e PMMA Nota: Il SOP per la macchina ICP sono disponibili all&#39;indirizzo https://www.nanocenter.umd.edu/equipment/fablab/sops/etch-07/Oxford%20Chlorine%20Etcher%20SOP.pdf <ol><li> Entra in macchina RIE ICP. </li><li> Caricare un vuoto wafer di silicio da 4 pollici. Eseguire la ricetta pulita per 10 min. </li><li> Prendete il wafer di silicio vuoto fuori. </li><li> Montare il campione su un altro wafer di silicio pulito e caricarlo nella macchina. </li><li> Eseguire il UV resistono ricetta acquaforte per 2 minuti (la ricetta può essere trovato in Tabella 1). </li><li> Prendere il campione fuori. Caricare un vuoto wafer di silicio da 4 pollici. Eseguire nuovamente la ricetta pulito (si possono trovare nella tabella 1) per 10 minuti. </li><li> Montare il campione su un wafer di silicio pulitoe caricarlo in macchina. </li><li> Eseguire la ricetta acquaforte PMMA (si possono trovare nella tabella 1) per 2 minuti. Nota: Ora la residua resist è stato inciso e substrato è esposto. </li></ol></li><li> Cr E-beam di evaporazione <ol><li> Log in e-beam evaporatore. </li><li> Caricare la sorgente di metallo Cr e del campione nella camera. </li><li> Impostare lo spessore (20 nm) e velocità di deposizione (0,03 nm / sec). </li><li> Pompare la camera fino a vuoto richiesto (10 -7 Torr) è raggiunto. </li><li> Avviare il processo di deposizione. </li><li> Prendere il campione fuori al termine di deposizione. </li></ol></li><li> CR Lift-off Procedura <ol><li> Immergere il campione in acetone con agitazione ad ultrasuoni per 5 min. </li><li> Pulire il campione mediante risciacquo con acetone, metanolo e isopropanolo. Nota: Il Cr evaporato sul resist sarà rimosso e una maschera Cr per substrato attacco è formato. </li></ol></li></ol> 5. TiO2 Deposizione <ol><li> Caricare il campione. </li><li> Impostare i parametri per la macchina diretta magnetron sputtering corrente <ol><li> Utilizzare una pressione della camera di 1,5 mTorr, Ar flusso di 100 sccm e una potenza di 130 W. sputtering </li><li> Utilizzare una temperatura di 27 ° C e una velocità di rotazione di fase 20 rpm. </li></ol></li><li> Avviare il processo di polverizzazione e fermarsi a spessore desiderato. </li><li> Prelevare il campione fuori e ricuocere il film TiO 2 in ambiente di ossigeno a 300 ° C per 3 ore. </li></ol> 6. Forte contrasto stridente Acquaforte <ol><li> Entra nella macchina plasma ad accoppiamento induttivo (ICP) attacco con ioni reattivi (RIE). </li><li> TiO2 acquaforte <ol><li> Caricare un vuoto wafer di silicio da 4 pollici. </li><li> Avviare ed eseguire la ricetta pulito (si possono trovare nella tabella 1) per 10 minuti. </li><li> Scaricare caricare il wafer vuoto e caricare il campione con maschera Cr. </li><li> Imposta tempo di attacco. Inizia TiO2 acquaforte ricetta. La volontà di auto processo di incisioneautomaticamente smettere. </li><li> Scaricare il campione. </li></ol></li><li> SiO 2 Acquaforte <ol><li> Ripetere il punto 5.2 eccezione di usare il SiO 2 acquaforte ricetta. </li></ol></li></ol> 7. riflettanza Misurazione <ol><li> Esegui il login e accendere il sistema di misurazione. </li><li> Posizionare lo specchio campione di riflessione sul portacampioni e allineare il percorso ottico. </li><li> Calibrare il sistema di riflettanza 100%. </li><li> Togliere lo standard specchio di riflessione e posizionare il HCG. </li><li> Misurare la riflettanza della HCG. </li><li> Salvare i dati e uscire dal sistema di misura. </li></ol>

<ol><li>Horne, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Solid+500+Sun+Compound+Concentrator+PV+Design%5BTitle%5D)+AND+%22Photovoltaic+Energy+Conversion%2C+Conference+Record+of+the+2006+IEEE+4th+World+Conference+on%22%5BJournal%5D)">A Solid 500 Sun Compound Concentrator PV Design.</a> Photovoltaic Energy Conversion, Conference Record of the 2006 IEEE 4th World Conference on. , 694-697(2006).</li>
<li>Guter, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current-matched+triple-junction+solar+cell+reaching+41.1%25+conversion+efficiency+under+concentrated+sunlight%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Current-matched triple-junction solar cell reaching 41.1% conversion efficiency under concentrated sunlight.</a> Applied Physics Letters. 94, 223504(2009).</li>
<li>Shockley, W., Queisser, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detailed+Balance+Limit+of+Efficiency+of+p-n+Junction+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells.</a> Journal of Applied Physics. 32, 510-519 (1961).</li>
<li>Green, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+for+low+dimensional+structures+in+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering%3A+B%22%5BJournal%5D)">Potential for low dimensional structures in photovoltaics.</a> Materials Science and Engineering: B. 74, 118-124 (2000).</li>
<li>Karagodsky, V., Chang-Hasnain, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physics+of+near-wavelength+high+contrast+gratings%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Physics of near-wavelength high contrast gratings.</a> Opt. Express. 20, 10888-10895 (2012).</li>
<li>Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoimprint+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%3A+Microelectronics+and+Nanometer+Structures%22%5BJournal%5D)">Nanoimprint lithography.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 14, 4129-4133 (1996).</li>
<li>Namiki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+FDTD+algorithm+based+on+alternating-direction+implicit+method.+Microwave+Theory+and+Techniques%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on%22%5BJournal%5D)">A new FDTD algorithm based on alternating-direction implicit method. Microwave Theory and Techniques.</a> IEEE Transactions on. 47, 2003-2007 (1999).</li>
<li>Moharam, M. G., Gaylord, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rigorous+coupled-wave+analysis+of+planar-grating+diffraction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Rigorous coupled-wave analysis of planar-grating diffraction.</a> J. Opt. Soc. Am. 71, 811-818 (1981).</li>
<li>Smilab. S. nk Database. World Wide Web. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.sopra-sa.com/">http://www.sopra-sa.com/</a> (2015).</li>
<li>Yao, Y., Liu, H., Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectrum+splitting+using+multi-layer+dielectric+meta-surfaces+for+efficient+solar+energy+harvesting%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+A%22%5BJournal%5D)">Spectrum splitting using multi-layer dielectric meta-surfaces for efficient solar energy harvesting.</a> Appl. Phys. A. 115, 713-719 (2014).</li>
<li>Yao, Y., Liu, H., Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+high-contrast+gratings+for+a+parallel+spectrum+splitting+dispersive+element+in+a+concentrated+photovoltaic+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Fabrication of high-contrast gratings for a parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 32, 06FG04-06FG04-6 (2014).</li>
<li>Solak, H. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-50+nm+period+patterns+with+EUV+interference+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Sub-50 nm period patterns with EUV interference lithography.</a> Microelectronic Engineering. 67, 56-62 (2003).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+nanoimprint%E2%88%92+soft+lithography+with+sub-15+nm+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+letters%22%5BJournal%5D)">Hybrid nanoimprint− soft lithography with sub-15 nm resolution.</a> Nano letters. 9, 2306-2310 (2009).</li>
<li>Yu, Z., Chen, L., Wu, W., Ge, H., Chou, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+nanoscale+gratings+with+reduced+line+edge+roughness+using+nanoimprint+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Fabrication of nanoscale gratings with reduced line edge roughness using nanoimprint lithography.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 21, 2089-2092 (2003).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

In primo luogo, la qualità del film TiO 2 è molto importante per le prestazioni HCG. Il picco riflettanza sarà maggiore se il film TiO 2 ha meno perdita e rugosità superficiale. Il film TiO 2 con un indice di rifrazione superiore è anche favorevole perché la modalità confinamento ottico sarà arricchito da un elevato contrasto di indice, che può dar luogo ad una più piatta e banda riflettanza più ampia HCG. In secondo luogo, gli errori di fabbricazione avranno...

La nostra società moderna non può sopravvivere senza spostare una parte significativa del consumo di energia alle fonti energetiche rinnovabili. Per ottenere tutto ciò, dobbiamo trovare un modo per raccogliere l&#39;energia rinnovabile ad un costo inferiore rispetto alle fonti energetiche a base di petrolio nel prossimo futuro. L&#39;energia solare è il più abbondante energia rinnovabile sulla terra. Nonostante che molti progressi sono stati fatti nella raccolta di energia solare, è ancora molto difficile competere con le fonti di energia a base di petrolio. Migliorare l&#39;efficienza delle celle solari è uno dei modi più efficaci per abbassare il costo del sistema di raccolta di energia solare. Lenti ottiche e riflettori per i piatti sono di solito utilizzati in fotovoltaici a più alta concentrazione (CPV) sistemi 1 per ottenere una elevata concentrazione di incidenza dell&#39;energia solare sulle celle solari di piccola zona, quindi è economicamente sostenibile per sfruttare tandem costoso multi-giunzione celle solari 2 a sistemi CPV, e per mantenere un ragionevolecostare allo stesso tempo. Tuttavia, per la maggior parte dei sistemi fotovoltaici non concentrati, che di solito richiedono una grande area rata di celle solari, le celle solari tandem ad alto costo non possono essere incorporati, anche se di solito hanno una più ampia risposta spettro solare e una maggiore efficienza di conversione complessiva del celle solari singola giunzione 3. Recentemente, con l&#39;aiuto delle ottiche splitting spettro parallele (cioè dispersivo elemento), la divisione dello spettro tecnologia fotovoltaica parallelo 4 ha permesso che la copertura spettro simile o migliore e l&#39;efficienza di conversione può essere realizzato senza utilizzare le celle solari tandem costoso. Lo spettro solare può essere diviso in diverse bande e ogni banda può essere assorbita e convertita in elettricità dalle celle solari a giunzione specializzati. In questo modo, i tandem costoso celle solari in sistemi CPV possono essere sostituiti da una distribuzione parallela di singola giunzione cella solares, senza alcun compromesso sulla performance. L&#39;elemento dispersivo che è stato progettato in questa relazione può essere applicato in un sistema CPV riflettente (che si basa su riflettori piatto) per realizzare splitting spettro parallelo per il miglioramento solare elettrica efficienza di conversione e costo ridotto. Multistrato grigliati alto contrasto (HCG) 5 viene utilizzato come elemento dispersivo progettando ogni strato di HCG per lavorare come un riflettore banda ottica. Le strutture ei parametri dell&#39;elemento dispersivo sono numericamente ottimizzati. Inoltre, la realizzazione di griglie ad alto contrasto per l&#39;elemento dispersivo utilizzando dielettrico (TiO2) sputtering, nanoimprint litografia 6 e attacco con ioni reattivi si studia e dimostrati.

<table><tbody><tr><td>184 Kit elastomero Silcone</td><td>Sylgard</td><td></td><td>Polidimetilsilossano (PDMS)</td></tr><tr><td>Wafer di silicio da 4 pollici</td><td>Wafer universitario Wafer</td><td></td><td></td></tr> di <tr><td>silice fusa da 4 pollici</td><td>Wafer</td><td></td><td></td>universitario</tr><tr><td>Poli(metacrilato di metile)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>182265</td><td></td></tr><tr><td>resistente</td><td></td><td></td> polimerizzabile ai raggi UV <td>Né disponibile sul mercato</td></tr><tr><td>PlasmaLab System 100</td><td>Oxford Instruments</td><td>ICP IRE</td><td></td> macchina</tr><tr><td>Sistema di polimerizzazione UV per la fabbricazione di</td><td></td><td></td> nanoimpronte <td>Non disponibile sul mercato</td></tr><tr><td>Ocean Optics HR-4000&nbsp;</td><td>Spettrometro Ocean Optics</td><td>HR-4000</td><td>con rivelatore normale</td></tr><tr><td>Lambda 950 UV / VIS</td><td>Spettrometro PerkinElmer</td><td></td><td>con rivelatore di intergrazione emisferica</td></tr><tr><td>JSM-7001F-LV</td><td>JEOL</td><td></td><td>Macchina</td></tr><tr><td></td><td></td><td>per sputtering a magnete</td> CC SEM a emissione di campo <td>L'attrezzatura è nei laboratori HP, che ci ha aiutato a sputtering l'evaporatore a fascio di elettroni TiO2</td></tr><tr><td>Metal</td><td>Temescal</td><td>BJD-1800</td><td></td></tr></tbody></table>

fabbricazione di grigliati un forte contrasto per la suddivisione spectrum dispersive elemento in un sistema fotovoltaico a concentrazione

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

I reticoli ad alto contrasto sono progettati e realizzati e la loro applicazione è proposta in un elemento dispersivo a divisione di spettro parallelo che può migliorare l'efficienza di conversione solare di un sistema fotovoltaico a concentrazione. Il sistema proposto ridurrà anche il costo delle celle solari nel sistema fotovoltaico a concentrazione sostituendo le costose celle solari tandem con le convenienti celle solari a giunzione singola. Le strutture e i parametri dei reticoli ad alto contrasto per gli elementi dispersivi sono stati ottimizzati numericamente. La fabbricazione su larga scala di reticoli ad alto contrasto è stata dimostrata sperimentalmente utilizzando la litografia a nanoimpronta e l'incisione a secco. La qualità del materiale del reticolo e le prestazioni del dispositivo fabbricato sono state entrambe caratterizzate sperimentalmente. Analizzando i risultati delle misurazioni, vengono discussi i possibili effetti collaterali dei processi di fabbricazione e vengono proposti diversi metodi che hanno il potenziale per migliorare i processi di fabbricazione, che possono aiutare ad aumentare l'efficienza ottica dei dispositivi fabbricati.

La Figura 1 mostra l&#39;implementazione dell&#39;elemento dispersivo (multistrato alta reticolo contrasto (HCG)) in un impianto fotovoltaico concentrato. La luce del sole viene prima riflessa dallo specchio primario e incide sull&#39;elemento riflettente dispersivo, dove il fascio viene riflesso e diviso in diverse bande di lunghezze d&#39;onda diverse. Ogni banda graverà su una certa posizione sulla matrice di celle solari per il miglior assorbimento e la conversione in energia elettrica. La chiave di...

Viene dimostrata la fabbricazione di reticoli ad alto contrasto come elemento dispersivo a divisione dello spettro parallelo in un sistema fotovoltaico concentrato. Vengono descritti i processi di fabbricazione, tra cui la litografia a nanoimpronta, lo sputtering TiO2 e l'incisione ionica reattiva. I risultati della misurazione della riflettanza vengono utilizzati per caratterizzare le prestazioni ottiche.

Fabbricazione di Grigliati un forte contrasto per la suddivisione Spectrum Dispersive elemento in un sistema fotovoltaico a concentrazione

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è dimostrare la fabbricazione di un elemento di suddivisione dello spettro ad alto contrasto in un sistema fotovoltaico concentrato. Questo risultato si ottiene eseguendo una litografia per nanoimpronta con PDMS su un substrato di vetro rivestito con biossido di titanio, ricoperto da uno strato di resist fotosensibile polimerizzabile con raggi UV. Come secondo passaggio, il resist residuo della nanoimpronta viene rimosso mediante incisione e viene prodotta una maschera rigida in cromo strutturata, utilizzando tecniche di lift-off.Successivamente, i bordi reattivi dell'ionizzazione sono stati utilizzati per formare l'array graduato di biossido di titanio e vetro in base ai risultati delle misurazioni ottenute da uno spettrometro. L'array graduato ad alto contrasto realizzato presenta una riflettanza a banda larga che può essere impiegata come elemento dispersivo in un sistema fotovoltaico concentrato. Abbiamo avuto per la prima volta l'idea di questo metodo quando abbiamo scoperto che, a differenza delle tradizionali strutture graduate difettose, queste strutture graduate in biossido di titanio ad alto contrasto mostrano un profilo di riflettanza provato e insolito.Pertanto, possiamo utilizzarlo per realizzare un elemento dispersivo per la suddivisione dello spettro che migliorerebbe notevolmente l'assorbimento di energia impiegando celle solari a giunzione singola a basso costo. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come l'uso di costose tecnologie di celle solari a giunzione multipla per assorbire la luce solare a banda larga, è che i reticoli offrono efficienze di assorbimento più elevate a costi di fabbricazione inferiori, e l'imprint lithography è una tecnologia di fabbricazione a basso costo e alto rendimento, adatta alla realizzazione di reticoli di grandi dimensioni con alto contrasto. Per iniziare il processo di microfabbricazione, posizionare una wafer di silicio pulita in un desiccante sotto vuoto in vetro e aggiungere una goccia di tricloroetilene liquido in un piccolo becher all'interno del desiccante.Chiudere il coperchio del desiccante ed evacuare la camera fino a quando il manometro scende al di sotto di un'atmosfera. Quindi spegnere il regolatore del vuoto della sorgente e lasciare che la soluzione di sine vaporizzata ricopra la superficie della wafer per cinque ore sotto vuoto statico. Al termine del trattamento, rilasciare il vuoto ed estrarre la wafer dal desiccante.Successivamente, pesare 10 grammi di PDMS e 1 grammo di agente indurente per PDMS. In un becher di medie dimensioni, mescolare uniformemente le due parti con una bacchetta di vetro e collocare il contenitore in un essiccatore sotto vuoto per 20-30 minuti per eliminare tutte le bolle dalla miscela. Dopo la degasificazione, posizionare la wafer in una piastra di Petri di plastica e versare lentamente il PDMS sulla wafer di silicio. Trasferire la wafer in un forno sotto vuoto e indurire il PDMS per sette ore a 80 gradi Celsius.Infine, rimuovere il PDMS solidificato dal forno e lasciare raffreddare il film polimerico a temperatura ambiente. Prendendo un altro pezzo di wafer di silicio, posizionare il substrato su un spin coater. Versare 12 gocce di resist fotosensibile curabile con UV sul wafer e rivestirlo mediante spin coating a 1500 giri/min per 30 secondi, mentre il resist è ancora umido.Rimuovere con attenzione una sezione di PDMS polimerizzato dalla wafer precedente e premere delicatamente il PDMS sulla resistenza foto-sensibile curabile con UV. Lasciare il PDMS a contatto con la resistenza foto-sensibile per cinque minuti, quindi staccare con cura il PDMS dal substrato della resistenza per creare un'impronta delle caratteristiche graduate sullo strato morbido di resistenza foto-sensibile. Premere delicatamente il film di PDMS su un modello maestro in silicio esistente contenente le caratteristiche in rilievo negativo di interesse.Posizionare la combinazione di PDMS e stampo in silicio in un forno a raggi UV e accendere la lampada UV per indurire lo strato di fotoresist morbido incapsulato per cinque minuti sotto un'atmosfera di azoto. Dopo l'indurimento, staccare lo stampo in PDMS dalla wafer di silicio. Di conseguenza, la superficie del PDMS dovrebbe ora contenere uno strato sottile di fotoresist indurito con un profilo superficiale corrispondente alle caratteristiche di nano-gradazione.Infine, trattare la superficie del fotoresist polimerizzato con una rapida pulizia al plasma di ossigeno RF. Quindi posizionare il calco in PDMS in un essiccatore sotto vuoto e incubare con una goccia di tricloroetilene per due ore. Le strutture presenti sul calco in PDMS per la nanoimpronta del fotoresist sono ora pronte per essere trasferite su un substrato qualsiasi.Per iniziare, posizionare una piastrina in silice fusa completa di uno strato di 340 nanometri di biossido di titanio depositato mediante sputtering sulla sua superficie. Sul portacampioni del centrifugo, versare otto gocce di PMMA sulla piastrina e centrifugare il substrato a 3.500 giri al minuto per 50 secondi. Trasferire la piastrina su una piastra riscaldata preimpostata a 120 gradi Celsius e polimerizzare termicamente il PMMA per cinque minuti.Dopo aver raffreddato la piastrina a temperatura ambiente, riposizionare il substrato del dispositivo sul mandrino della centrifuga. Applicare otto gocce di resistente polimerizzabile con raggi UV sulla superficie e rivestire mediante centrifugazione. Applicare il secondo strato di resistente a 1500 giri/min per 30 secondi.Il wafer del dispositivo risultante è pronto per il passaggio di trasferimento della nanoimpronta mentre il resist UV è ancora umido. Posizionare delicatamente il modulo in PDMS con nanoimpronta, con il lato delle strutture di resist indurito rivolto verso il basso, a contatto con una superficie morbida di resist UV. Inserire l'intero sandwich in un forno UV e indurire lo strato di resist umido mediante illuminazione UV per cinque minuti in atmosfera di azoto.Dopo che la resistenza UV è stata polimerizzata, staccare il film di PDMS dalla wafer del dispositivo per rimuovere la resistenza UV residua presente nelle regioni incavate delle caratteristiche di gradazione. Trasferire la wafer in un etcher a plasma induttivamente accoppiato ed eseguire la ricetta di incisione della resistenza UV con plasma di ossigeno per due minuti alla fine di questo passaggio. L'PMMA sottostante dovrebbe ora essere esposto nelle regioni incavate della nanostruttura.Per rimuovere lo strato esposto di PMMA e scoprire il film di biossido di titanio sottostante, selezionare il programma di incisione del PMMA dalla console dell'incisore ed eseguire il trattamento al plasma di ossigeno per due minuti. A questo punto, la wafer del dispositivo è pronta per i passaggi di deposizione e definizione del metallo, che definiranno le caratteristiche finali del gradiente nanometrico. Per creare la maschera di incisione al cromo sulla sommità del biossido di titanio.Prima di tutto, rimuovere la wafer dall'etcher a plasma e trasferire il substrato in un evaporatore metallico a fascio di elettroni contenente una sorgente di cromo. Dopo l'evacuazione della camera, fondere la sorgente metallica e depositare 20 nanometri di cromo a una velocità di 0,03 nanometri al secondo. Rimuovere la wafer dall'evaporatore a fascio di elettroni e immergere il substrato in un contenitore di vetro riempito con acetone.Quindi posizionare il contenitore all'interno di un bagno ad ultrasuoni e attivare il bagno ad ultrasuoni per cinque minuti a temperatura ambiente. Applicando un'agitazione ad ultrasuoni alla wafer, il solvente scioglierà rapidamente lo strato sottostante di PMMA, rilasciando così qualsiasi cromo che non fosse già in stretto contatto con una superficie di biossido di titanio. Di conseguenza, l'array di schemi stabili di cromo rimasti sulla wafer definirà la geometria finale del grading utilizzando pinzette.Estragga il dispositivo dal bagno di acetone ed elimini ogni traccia di PMMA e trucioli metallici liberi mediante una sequenza di risciacqui con acetone, metanolo e isopropanolo. Asciughi la wafer con un flusso delicato di azoto o aria compressa e verifichi brevemente la presenza di eventuali difetti della wafer al microscopio. Successivamente, carichi la wafer nell'etcher al plasma, avvii la ricetta di incisione del biossido di titanio, scarichi la wafer al termine dell'incisione e verifichi la rimozione dello strato esposto di biossido di titanio al microscopio, in modo da definire le caratteristiche di suddivisione in vetro sottostanti al biossido di titanio.Ricaricare la wafer nell'etcher al plasma e avviare la ricetta di incisione del biossido di silicio. Scaricare il substrato e ispezionare la wafer alla ricerca di difetti al microscopio. Infine, rimuovere la maschera dura al cromo con un bagno acido rapido.La struttura incisa del biossido di titanio e le trincee scavate nel vetro rappresentano entrambe la struttura finale del gradiente ad alto contrasto. Per misurare la riflettanza a banda larga del gradiente di ossido di titanio, iniziare accendendo il sistema di misura ottico e posizionando uno specchio standard di riferimento sul portacampioni.Allineare il portacampioni al percorso del fascio incidente e calibrare il rivelatore in modo che la riflettanza totale misurata sullo specchio standard raggiunga un livello teorico del 100%. Successivamente, sostituire lo specchio standard con un campione di ossido di titanio ad alto contrasto ed eseguire la misurazione della riflettanza a banda larga del dispositivo. Salvare i dati della misurazione e uscire dal sistema di misurazione aumentando contemporaneamente la temperatura del substrato.Il processo di sputtering del metallo produce una dimensione maggiore dei granuli di biossido di titanio e un indice di rifrazione più elevato. La sua maggiore rugosità superficiale lo rende un materiale indesiderabile per il rivestimento superficiale rispetto ai film di ossido metallico depositati a temperature più basse, quando osservato al microscopio elettronico. L'angolo laterale del rapporto di aspetto, il passo e la larghezza della linea della struttura a doppio strato graduato possono essere facilmente osservati rispetto ai dati di riflettanza acquisiti.Con un rivelatore normale con un piccolo angolo di accettazione. Un rivelatore sferico con un angolo di accettazione più ampio può catturare e caratterizzare la riflettanza graduata e la diffusione provenienti da superfici di ossidi metallici più ruvide. Come indicano i dati, un lieve aumento dell'indice di rifrazione può indurre un aumento drammatico della larghezza di banda della riflettanza.Inoltre, quando l'angolo della parete laterale si discosta da un angolo retto perfetto, la larghezza di banda della riflettanza si degrada in modo significativo. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in alcune ore se effettuata correttamente. È importante ricordare di controllare i difetti durante il processo di imprinting.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come realizzare aree estese con grigliature ad alto contrasto, utilizzando tecniche di nano-stampa, e di come applicarle all'architettura dei sistemi fotovoltaici.

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