Name: 真空熱蒸発によりビスマスナノワイヤーアレイの成長シードレス (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: 学ぶ真空熱蒸発法によるシードレスビスマスナノワイヤー合成。高真空環境で高純度・高収率の単結晶ナノワイヤーを作製し、ナノスケール多孔性の成長機構を解明する材料科学的手法です。

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研究は、米国エネルギー省の基礎エネルギー科学局の支援を受けているブルックヘブン国立研究所の機能性ナノマテリアルセンターで実施されています。DE-SC0012704。

注意：使用する前に、関連するすべての物質安全データシート（MSDS）を参照してください。ナノ材料は、そのバルク対応物に比べて付加的な危険性を有していてもよいです。工学的制御（ヒュームフード）と個人用保護具の使用を含む、ナノ材料で覆われた基板を取り扱うときは、すべての適切な安全対策を使用してください（安全メガネ、手袋、白衣、完全長ズボン、靴、つま先を閉じました）。 1.準備作業<ol><li>蒸着システムの調製<ol><li>大気圧に堆積チャンバをベントし、チャンバを開きます。通気は、自動的に大気圧にベント室シーケンスを開始する制御ソフトウェアインタフェースの「スタートPCベント」ボタンを押すことによって行われます。大気圧に達するとフロントアクセスドアを引いて、チャンバーを開きます。 </li><li>熱蒸着、一対の電極間にタングステン蒸着ボート（アルミナコーティングされた）をマウントします。場所1蒸着ボートにペレットビスマスグラム。 </li><li>マグネトロンスパッタ源にバナジウムスパッタリングターゲットをマウントします。スパッタ源を搭載していない堆積システムのための）1.1.4のステップを参照してください。 </li><li> （オプション、スパッタ源が装備されていない堆積システムのための ）熱蒸着、一対の電極間にタングステン蒸着用ボートをマウントします。蒸発ボートに0.5グラムのバナジウムスラグを置きます。 </li><li>堆積システムの電気フィードスルーに閉ループ温度コントローラの（温度プローブの加熱/冷却能力のための2つおよび2）のミニバナナコネクタを接続します。 </li></ol></li><li>成長基板の調製 注意：ビスマスナノワイヤーの形成は選択の成長基板の影響を受けません。同様の結果は、スライドガラス、シリコンウエハ、または金属薄板から得られました。これは、基板は、蒸気の直前に洗浄しなければならない著者によって推奨されます堆積プロセス、バナジウム下層の一貫した接着を達成するために。プラズマ洗浄及び湿式化学洗浄を含む様々な基板洗浄技術は、適用され、同様の結果をもたらすことができます。 <ol><li>酸素プラズマによる成長基板を洗浄<ol><li>プラズマクリーナーに成長基板を配置し、10ミリトールのそのベース圧力に、ボタン「ON VAC &quot;を押すことにより、チャンバーをポンプ。 </li><li>酸素ガスのバルブを開いて、前面パネルのボタンを「ON GAS」を押すと、チャンバに酸素ガスを導入し、チャンバ圧を維持するために、「INCR」とガス流量制御のための「DECR」ボタンを押すことにより、流量を調節約100ミリトール。 </li><li>電力制御のために「INCR」と「DECR」ボタンを押して、20 Wのプラズマパワーを設定し、ボタンを「ON RF」を押すことでプラズマを点火。 </li><li>押して、プラズマをオフにする前に5分間待ってください」; RF ON BLEED「ボタン」ボタンを押すことによって、チャンバをベント」と、基板を取り出します。 </li></ol></li><li>湿式化学法による成長基板を洗浄<ol><li>ビーカーに入れたアセトンの成長基板を浸し。超音波装置にビーカーを置き、最大電力で2分間超音波処理します。 </li><li>ビーカーから基板を取り外し、30秒間洗浄瓶から無水アルコールのストリームでそれらをすすぎます。 </li><li>窒素ガス流に基板を乾燥させます。 </li></ol></li></ol></li><li>基板ローディングと堆積システムのポンプ<ol><li>基板ホルダに基板温度制御アセンブリを取り付けます。 </li><li>ペルチェクーラー/ヒーターアセンブリの上に成長基板を取り付けるためにスプリングクリップを使用してください。 </li><li>蒸着源に面する基板と、蒸着チャンバー内に完全に組み立てられた基板ホルダーを取り付けます。に電気的フィードスルーを接続しますペルチェクーラー/ヒーターアセンブリ。 </li><li>基板に意図しない堆積を回避するために、基板シャッターを閉じます。 </li><li>堆積チャンバをポンプダウンを開始します。ポンプは自動的にベース圧力までチャンバをポンピングシーケンスを開始する制御ソフトウェアインタフェースの「PCのポンピングを開始」ボタンを押すことによって行われます。 </li></ol></li></ol>ビスマスナノワイヤーの成長2。 注：堆積チャンバーのベース圧は、以下の2×10 -6 Torr以下になるまでの実験は、次のステップに移動していません。 <ol><li>バナジウム下地層の堆積 注：バナジウム下地層をマグネトロンスパッタリング法により成膜されたときに最高の実験の再現性が達成されます。スパッタリング源の不存在下で、高い再現性も依然として熱蒸発法を使用して、バナジウム下地層を堆積させることによって達成することができ、その堆積システムヘクタールを提供SA低いベース圧力（≤5×10 -7トル）。詳細については、3.1.2のステップを参照してください。 <ol><li>マグネトロンスパッタ源とバナジウム堆積。 <ol><li>スパッタ源にアルゴンの流れを開始します。 40 SCCMに設定流量。 </li><li> 2.5ミリトールのチャンバ圧力のためのターボ分子ポンプの回転速度を調整します。 </li><li>チャンバーは徐々に定常状態の圧力に達している間、QCMの厚さの校正係数を設定します。バナジウムの場合、密度は5.96グラム/ cm 3であり、Z-ファクターは0.530です。 </li><li> DCスパッタ源をオンにして、著者が運営する堆積システムの場合200〜250 W.の電力を設定し、堆積速度は、この電力で約0.4オングストローム/秒です。基板シャッターを開くことなく、2分間実行しているソースを保持します。 注：この工程によりバナジウム源の自然酸化が新鮮なバナジウム表面を露出、削除されます。 </li><li>バナジウムを開始するために、基板シャッターを開きdepositioN。一方で、ゼロにQCMの累積厚さをリセットします。 </li><li> 20nmの見かけの厚さは、QCMの読み取りごとに、蓄積されるまでの堆積を続けます。基板シャッターを閉じます。 </li><li>徐々にゼロにスパッタ電力を下げます。ソースをオフにします。 </li><li>アルゴンの流れを遮断します。そのフルパワーにターボ分子ポンプを返します。 </li></ol></li><li>熱蒸発源とバナジウム堆積（ スパッタ源が装備されていない堆積システムのために、オプション）。 <ol><li>バナジウムの高融点（1910へ ℃）と酸化への準備は、それは、その熱蒸着は5×10 -7 Torr以下のベース圧力で実施されることをお勧めします。 </li><li> QCMの厚さの校正係数を設定します。バナジウムの場合、密度は5.96グラム/ cm 3であり、Z-ファクターは0.530です。 </li><li>バナジウム源に熱蒸着電源をオンにしてください。バナジウムスラグが溶融するまでゆっくりとタングステンボートに加熱電力を増加させます。 </li><li>基板シャッターが閉じたままで2オングストローム/秒の蒸着速度がQCM読み取り当たり、達成されるまで、ゆっくりと加熱力を増加させます。バナジウム堆積を開始するために、基板シャッターを開きます。一方で、ゼロにQCMの累積厚さをリセットします。 </li><li> 50nmの見かけ厚さが蓄積されるまで、堆積を続けます。基板シャッターを閉じます。 </li><li>徐々にゼロに熱蒸着電力を下げます。ソースをオフにします。 </li></ol></li></ol></li><li>ビスマスナノワイヤーの堆積<ol><li> RT上または下の温度でビスマス堆積のために、温度コントローラに必要な値を設定します。所望の温度に達するまで待ちます。 </li><li> QCMの厚さの校正係数を設定します。ビスマスの場合、密度は9.78グラム/ cm 3であり、Z-ファクターは0.790です。 </li><li>熱蒸着パワーのsuをオンにしビスマスソースにpply。 2オングストローム/秒の蒸着速度がQCM読み取り当たり、達成されるまで徐々にタングステンボートに加熱電力を増大させます。 </li><li>ビスマス堆積を開始するために、基板シャッターを開きます。一方で、ゼロにQCMの累積厚さをリセットします。 </li><li> 50nmの見かけ厚さが蓄積されるまで、堆積を続けます。基板シャッターを閉じます。 </li><li>徐々にゼロに熱蒸着電力を下げます。ソースをオフにします。 </li><li>熱電冷却器/加熱器の電源をオフにします。 </li><li>大気圧に堆積チャンバをベントし、チャンバを開きます。基板ホルダーを取得し、基板をカバービスマスナノワイヤを集めます。 </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>

著者は開示するものは何もありません。

ビスマスのナノワイヤの成長は、少なくとも二つの蒸着源、ビスマス及びバナジウムのために別のものとの物理的蒸着装置で実施されます。これは、情報源の一つは、バナジウムの堆積のために、マグネトロンスパッタリング源であることをお勧めします。高真空は、ドライスクロールポンプによって裏打ちされたターボ分子ポンプによって達成されます。蒸着システムは、 その場での厚さのモニタリングにおいてに対して較正水晶微量天秤（QCM）が装備されています。蒸着システムは、成長基板の閉ループ温度制御のための電気フィードスルーを有しています。熱電温度調節器は、熱的にヒートシンクに接着されたペルチェ型セラミックプレート熱電モジュールを介して、基板に加熱/冷却を提供します。基板温度は、白金抵抗温度検出器（RTD）によって監視されます。基板温度制御ユニットについては、図1を参照してください。文献中の既存の方法と比較して、本技術は、単結晶ビスマスナノワイヤーの高い収率（&gt; 70％）を形成することができます。技術はまた、拡張性のために重要である。堆積さ...

ナノワイヤは、1つの次元での光子とプラズモンとして、電荷キャリアと他の準粒子の輸送を閉じ込めます。したがって、ナノワイヤは、通常のマイクロ/ナノエレクトロニクス、フォトニクス、生物医学、環境・エネルギー関連技術のアプリケーションのためにそれらをほぼ無限の可能性を付与小説、電気的、磁気的、光学的および化学的特性を示す。1,2を過去20年の間に、多数トップダウンおよびボトムアップのアプローチは、実験室規模で高品質の金属または半導体ナノワイヤの広い範囲を合成するために開発された。3-6これらの開発にもかかわらず、それぞれのアプローチは、成功のための最終製品の特定のユニークな特性に依存しています。例えば、人気のある気相-液相-固相（VLS）メソッドは、より高い融点を有し、対応する触媒の「シード」と共晶合金を形成する半導体材料のためのより良い適合である。7この結果、ナノワイヤーの合成特に関心のある材料は、既存の技術でカバーされない場合があります。 小さな間接バンドの重なり（0 Kにおける-38 meVで）と異常光電荷キャリアを持つ半金属としては、ビスマスはその一例です。そのバルクと比較した場合、量子閉じ込めが狭いバンドギャップ半導体にビスマスナノワイヤまたは薄膜を回すことができるような材料は、減少した寸法で、根本的に異なる動作をします。一方8-12、ビスマス形の表面準二次元金属それは、その大部分よりもはるかに多くの金属である。13,14これは、ビスマスの表面は、2×10 4 cm 2のV -1 秒 -1の電子移動度を達成し、ナノワイヤの形で、その熱電電力に強く寄与していることが示された。15のようにこのような、電子特に熱電アプリケーションにおけるビスマスナノワイヤを研究に大きな関心があります。12-16しかし、ビスマスの非常に低いのために融点（544 K）及び酸化のための準備は、高品質で、伝統的な気相または液相技術を用いて単結晶ビスマスのナノワイヤを合成するための課題です。 これまでは、単結晶ビスマスナノワイヤがフィルムに組み込まれたストレスの解放に起因しているビスマス薄膜の真空蒸着時に低い収率で成長することをいくつかのグループにより報告されている。17-20は最近、我々は小説を発見しました高真空下でビスマスの熱蒸着に基づいており、高い収率で単結晶ビスマスナノワイヤーのスケーラブルな形成につながる技術。21以前に報告された方法と比較すると、この技術の最もユニークな特徴は、成長基板が新鮮に被覆されていることですナノ多孔性バナジウムの薄い層を有するビスマス堆積前。後者の熱蒸着の間に、ビスマス蒸気はバンのナノ多孔性構造に浸透Adiumのフィルムとナノドメインとしてそこに凝縮。バナジウムは、凝縮ビスマスで濡れていないので、浸潤領域は、その後、その表面エネルギーを解放するためにバナジウムマトリックスからexpulsedされます。これは、垂直ビスマスナノワイヤーを形成ビスマスナノドメインの連続追放です。ビスマスドメインは直径のわずか1〜2 nmであるので、RTでそれらをほぼ溶融させる重要な融点抑制、の対象となっています。その結果、ナノワイヤの成長は室温で保持された基板に進みます。一方、ビスマスドメインの移行が、熱的に活性化されると、ナノワイヤの長さと幅は、単純に、成長基板の温度を制御することによって、広い範囲にわたって調整することができます。この詳細ビデオプロトコルは、フィールドに新しい実践者が、高真空、無酸素環境における薄膜の物理蒸着法に関連する様々な一般的な問題を回避するためのものです。

<table><tbody><tr><td>ビスマス</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>556130</td><td>粒状、99.999%</td></tr><tr><td>バナジウム スラッグ</td><td>Alfa Aesar</td><td>42829</td><td>3.175&nbsp;mm (0.125&nbsp;インチ)直径x 6.35&nbsp;mm (0.25&nbsp;in) 長さ、99.8%</td></tr><tr><td>バナジウム スパッタリング ターゲット</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTVXXX253A2</td><td>3.00" Dia. x 0.125" 厚さ、99.5%</td></tr><tr><td>アセトン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>179124</td><td>>99.5%</td></tr><tr><td>エタノール</td><td>Alfa Aesar</td><td>33361</td><td>無水</td></tr><tr><td>シリコン</td><td>ウエハー ユニバーシティ ウエハー</td><td></td><td>厚さ 300 ミクロン、(100) 配向</td></tr><tr><td>銀充填エポキシ</td><td>サーキットワークス</td><td>CW2400</td><td>2部導電性エポキシ樹脂</td></tr><tr><td>タングステンボート、アルミナコーティング</td><td>R.D.マティス</td><td>S9B-AO-W</td><td>ビスマス熱蒸発用</td></tr><tr><td>タングステンボート</td><td>R.D.マティス</td><td>S4-.015W</td><td>バナジウム熱蒸発用</td></tr><tr><td>RIEプラズマ</td><td>ノードソンマーチ</td><td>CS-1701</td><td></td></tr><tr><td>PVD 75 蒸着プラットフォーム</td><td>カート・J・レスカー</td><td>PEDP75FTCLT001</td><td>3つの熱蒸発源と1つのDCマグネトロンスパッタリング源を装備</td></tr><tr><td>熱電温度コントローラー</td><td>LairdTech</td><td>MTTC-1410</td><td></td></tr><tr><td>PT1000 RGD</td><td>LairdTech</td><td>340912-01</td><td>MTTC-1410熱電モジュール用温度センサー</td></tr><tr><td></td><td>LairdTech</td><td>56910-502</td><td></td></tr>超音波<tr><td>発生器</td><td>クレスト超音波</td><td>トゥルースイープ175</td><td></td></tr></tbody></table>

真空熱蒸発によりビスマスナノワイヤーアレイの成長シードレス

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

ここで無種子およびテンプレート・フリー技術は室温で高真空中で熱蒸着を通じて、ビスマスナノワイヤを成長スケーラブルすることが実証されています。従来の金属薄膜、熱蒸着堆積物の製造のためにビスマスたてマグネトロンスパッタリングまたは熱蒸着によって堆積させ、RTで開催されたバナジウムの平らな薄膜、オーバー垂直単結晶ナノワイヤの配列に予約。成長基板の温度を制御することにより、ナノワイヤの長さと幅が広い範囲にわたって調整することができます。この新規な技術のための責任は、バナジウム薄膜の穏やかな空孔率にルーツ以前に知られていないナノワイヤ成長メカニズムです。バナジウム細孔に浸潤、ビスマスドメイン（〜1 nm）は、それらの融点を抑制し、連続してナノワイヤを形成するために、バナジウム行列からそれらを排出過度の表面エネルギーを有します。この発見は、スケーラブルな気相シンセの実現可能性を実証します任意の触媒を使用することなく、高純度のナノ材料のESIS。

バナジウム下地層の断面SEM像マグネトロンスパッタリングによって形成され、熱蒸着方法は、図2に示されている。走査型電子顕微鏡（SEM）画像は、異なる基板温度（ 図3）に形成されたビスマスのナノワイヤのために提示されています。ビスマスのナノワイヤの結晶構造は、透過型電子顕微鏡（TEM）、選択領域の電子回折（SAED）、及びX線回折（XRD）研究（ 図4）を介して決定されます。エネルギー分散型X線分光法による元素分析は、ビスマスのナノワイヤは、バナジウム下層（ 図4）と合金化されていないことを示しています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53396/53396fig1.jpg" /> 基板温度制御装置の図1のレイアウトは、ユニットは、ペルチェ型熱接着することにより組み立てられます<html...

真空熱蒸着技術によるビスマスナノワイヤアレイの種なし高収率成長のためのプロトコルが提示されます。

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

この実験手順の目的は、高真空下での熱蒸発により、単結晶ビスマスナノワイヤをスケーラブルに成長させることです。この手法を用いることで、高品質なビスマスナノワイヤを高収率で合成できます。この材料は、半導体研究の分野で大きな関心を集めています。この手法の主な利点は、触媒やシードを必要とせず、合成手順が高真空下で行われるため、超高純度なナノワイヤが形成されることです。本法は、ナノスケールの多孔性がどのようにして自発的なビスマスナノワイヤの成長を誘導するかという知見を提供しますが、インジウムやスズなど、融点の低い他の系にも適用可能です。まず、堆積チャンバーを大気圧までベントし、チャンバーを開きます。コントロールソフトウェアインターフェースの「start PC venting」ボタンを押してベントを行います。これにより、チャンバーを大気圧までベントするシーケンスが自動的に開始されます。大気圧に達したら、前面のアクセスドアを引いてチャンバーを開けてください。次に、タングステン蒸着ボートを一対の熱蒸着電極の間に取り付ける。1 gのビスマスペレットを蒸着ボートに入れ、バナジウムスパッタリングターゲットをマグネトロンスパッタリング源に取り付ける。続いて、クローズドループ温度コントローラーのミニバナナコネクタを、蒸着システムの電気フィードスルーに接続する。酸素プラズマで成長基板を洗浄するには、成長基板をプラズマクリーナーに入れ、「vac on」ボタンを押してチャンバーを10 millitorrのベース圧力まで排気します。酸素ガスバルブを開き、フロントパネルの「gas on」ボタンを押してチャンバーに酸素ガスを導入します。ガス流量制御用の「INCR」および「DECR」ボタンを押し、チャンバー圧力を約100 millitorrに維持するように流量を調整します。次に、パワーコントロールのINCRおよびDECRボタンを押してプラズマ出力を20 wattsに設定し、RF onボタンを押してプラズマを点火させます。5分間待機した後、RF onボタンを押してプラズマを消灯します。次に、bleedボタンを押してチャンバーをベントし、基板を取り出して基板のロードを行います。まず、基板温度制御アセンブリを基板ホルダーに取り付けます。スプリングクリップを使用して、ペルティエクーラーヒーターアセンブリの上に成長基板を固定します。その後、完全に組み立てた基板ホルダーを気相成長装置のチャンバー内に取り付けます。基板を蒸着源に向けた状態で、電気フィードスルーをペルチェ冷却・加熱アセンブリに接続します。基板への意図しない蒸着を防ぐため、基板シャッターを閉じます。次に、蒸着チャンバーの排気を開始します。制御ソフトウェアインターフェースの「start PC pumping」ボタンを押して排気を行います。これにより、マグネトロンスパッタリングソースを用いてバナジウムを堆積させるため、チャンバーをベース圧力まで排気するシーケンスが自動的に開始されます。スパッタリングソースのアルゴンフローを開始し、流量を40から50標準立方センチメートル/分に設定します。チャンバーが徐々に定常圧力に達する間、チャンバー圧力が2.5から3ミリトルとなるようにターボ分子ポンプの回転数を調整します。バナジウムの厚さ校正係数を水晶振動子マイクロバランス（QCM）に設定します。密度は5.96 grams per cubic centimeterで、Z係数は0.530です。基板シャッターを開けない状態で、DCスパッタリング源をオンにし、電力を200から250 wattsに設定します。ソースを2分間稼働させ続けます。基板シャッターを開いてバナジウムの堆積を開始します。その間に、QCMの累積膜厚をゼロにリセットします。QCMの測定値に基づき、見かけの厚さが20 nanometersに達するまで成膜を続けます。その後、基板シャッターを閉じ、スパッタ電力を徐々にゼロまで下げます。次に、ソースの電源を切り、アルゴン流量を停止させます。最後に、ターボ分子ポンプを全出力に戻します。基板温度をこのように安定かつ精密に維持することが非常に重要であり、ナノウイルスのラインは温度によって強く制御されます。室温より高い温度または低い温度でビスマス成膜を行う場合は、温度コントローラーに希望の値を設定してください。設定温度に達するまで待ちます。ビスマスの厚さ校正係数をQCMに設定します。密度は9.78 grams per cubic centimeter、Z因子は0.790です。ビスマスソースへの熱蒸着電源をオンにします。次に、タングステンのボートへの加熱出力をゆっくりと上げ、堆積速度が2 Å/sに達するように調整します。QCMの読み取り値に基づき、QCMの累積膜厚をゼロにリセットします。同時に、基板シャッターを開いてビスマスの堆積を開始します。見た目の膜厚が50 nanometersになるまで蒸着を継続します。その後、基板シャッターを閉じます。熱蒸着の電力を徐々に下げてゼロにします。光源をオフにします。熱電冷却・加熱器の電源を切ります。堆積チャンバーを大気圧まで排気し、チャンバーを開きます。最後に、基板ホルダーを取り出し、ビスマスナノワイヤが被覆された基板を回収します。ここでは、マグネトロンスパッタリング法および熱蒸着法によって形成されたバナジウム下層の断面走査電子顕微鏡（SEM）画像を示します。また、異なる基板温度で形成されたビスマスナノワイヤのSEM画像も提示します。ビスマスナノワイヤの結晶構造は、透過電子顕微鏡法、制限視野電子回折法、およびX線回折研究によって決定されます。エネルギー分散型X線分光法による元素分析では、ビスマスナノワイヤがバナジウム下層と合金化していないことが示されています。このビデオを視聴することで、斜方成長（sly grow）の方法について十分な理解を得ることができます。高真空下での熱蒸着による単結晶ナノワイヤの作製について。この手順を行う際は、基板温度がナノワイヤの寸法に大きく影響するため、精密に制御することが重要である。また、蒸発後の材料の酸化を防ぐため、低いベース圧を維持することが不可欠である。この手法により、ナノ構造の物理的合成分野の研究者が、表面エネルギーを駆動力として高品質かつ高度なナノ構造を利用することが可能となった。

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