진공 열 증발을 통해 비스무트 나노 와이어 어레이의 씨앗 성장

요약

진공 열 증발 기술을 통한 비스무트 나노와이어 어레이의 씨 없는 고수율 성장을 위한 프로토콜이 제시됩니다.

초록

여기 씨앗 및 템플릿이없는 기술은 RT에서 고진공에서 열적 증발, 비스무트 나노 와이어를 성장하기 위해 스케일 러블 설명된다. 종래에 금속 박막, 열 증발 증착물의 제조에 비스무트 갓 마그네트론 스퍼터링 또는 열 증발에 의해 증착된다 RT 유지 바나듐 평면 박막 위에 수직 단결정 나노 와이어의 배열로 보유. 성장 기판의 온도를 제어함으로써, 나노 와이어의 길이 및 폭이 넓은 범위를 통해 조정될 수있다. 이 새로운 기술에 대한 책임 이전에 알려지지 않은 나노 와이어 성장 메커니즘입니다 바나듐 박막의 가벼운 다공성의 뿌리. 바나듐 기공에 함침, 비스무트 도메인 (~ 1 nm의)은 그 융점이 억제 과도한 표면 에너지를 가지고 연속적으로 나노 와이어를 형성하기 위해 바나듐 행렬에서 그들을 배출한다. 이 발견은 확장 기상 신디의 타당성을 보여고순도 ESIS는 촉매를 사용하지 않고 나노 물질.

서론

나노 와이어는 하나의 차원에서 전하 캐리어 및 광자와 같은 다른 준 입자 및 플라즈몬의 전송을 제한. 따라서, 나노 와이어는 일반적으로 마이크로 / 나노 전자 공학, 포토닉스, 생물 의학, 환경 및 에너지 관련 기술의 응용 프로그램에 대해 그들에게 거의 무한한 가능성을 부여 소설, 전기, 자기 적, 광학적, 화학적 특성을 나타낸다. ^{1, 2를} 지난 20 년 동안, 수많은 하향식 및 상향식 접근법 이러한 발전에도 불구하고 실험실 규모. ^3-6 고품질의 금속 또는 반도체 나노 와이어의 광범위한 합성 개발되어, 각각의 접근법의 성공을위한 최종 제품의 특정한 고유 특성에 의존한다. 예를 들어, 인기있는 증기 - 액체 - 고체 (VLS) 방법은 나노 와이어의 합성에보다 높은 융점을 가지며, 촉매 "종자"대응 공융 합금을 형성한다. ^(7)을 따라서 반도체 물질에 더 적합특히 관심이 물질은 기존의 기술이 적용되지 않을 수 있습니다.

작은 간접 밴드 중첩 (0 K에서 -38 meV 인)와 유난히 빛을 전하 캐리어와 반 금속으로, 비스무트는 하나의 예이다. 벌크와 비교할 때 재료는 양자 구속이 좁은 밴드 갭 반도체에 비스무트 나노 와이어 또는 박막을 켤 수있다. ^8-12 한편,....

프로토콜

주의 : 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하시기 바랍니다. 나노 물질은 대량의 대응에 비해 추가 위험이있을 수 있습니다. 공학적 관리 (흄 후드) 및 개인 보호 장비의 사용을 포함, 나노 물질 덮인 기판을 처리 할 때 모든 적절한 안전 방법을 사용하십시오 (보안경, 장갑, 실험실 코트, 전체 길이 바지, 신발 - 발가락을 휴관).

1. 준비 작업

1. 증착 시스템의 제조
   1. 대기압에 증착 챔버와 벤트 챔버를 연다. 벤트 자동 대기 압력 챔버를 배출 시퀀스를 시작 제어 소프트웨어 인터페이스에서 "시작 PC 벤팅"버튼을 누름으로써 수행된다. 분위기 압력은 전면 액세스 도어를 당겨서 열고 챔버에 도달.
   2. 열적 증발 한 쌍의 전극 사이에 텅스텐 증착 보트 (알루미나 코팅)을 탑재. 배치 1증발 보트에 G 비스무트 펠렛.
   3. 마그네트론 스퍼터링 소스에 바나듐 스퍼터링 타겟을 탑재합니다. 스퍼터링 소스가 장착되지 않은 증착 시스템) 1.1.4 단계를 참조하십시오.
   4. (선택, 스퍼터링 소스가 장착되지 않은 증착 시스템의 경우), 열 증착 한 쌍의 전극 사이에 텅스텐 증착 보트를 탑재. 증발 배에 0.5 g의 바나듐 슬러그를 놓습니다.
   5. 증착 시스템의 전....

결과

마그네트론 스퍼터링, 열 증착 방법에 의해 형성된 바나듐 하층의 단면 SEM 이미지는 그림 2. 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지는 다른 기판 온도에서 형성 비스무트 나노 와이어 (도 3)에 대해 제공되게된다. 비스무트 나노 와이어의 결정 구조는 투과형 전자 현미경 (TEM), 선택 영역 전자 회절 (SAED) 및 X 선 회절 (XRD) 연구 (도 4)를 통해 결정된다. 에너지 분산 형 X 선 분광법에 의한 원소 분석은 나노 와이어는 비스무트 바나듐 하층 (도 4)과 합금화되지 않는 것을 나타낸다.

기판 온도 제어 장치의도 1 레이아웃. .......

토론

비스무트 나노 와이어의 성장이 적어도 두 개의 증착 원, 바나듐 비스무트 용과 서로 물리적 기상 증착 시스템에서 수행되어야한다. 그것은 소스 중 하나는 바나듐의 증착을위한 마그네트론 스퍼터링 소스,하는 것이 좋습니다. 높은 진공 건조 스크롤 펌프에 의해 뒷받침 터보 분자 펌프에 의해 달성된다. 증착 시스템은 두께 시츄 모니터링에 대해 보정 한 수정 마이크로 저울 (QCM)을 갖추고있다. 증착 시스템은 성장 기판의 폐쇄 루프 온도 제어를위한 전기 피드 스루를 갖는다. 열전 온도 컨트롤러는 열전 방열판에 접착되는 펠티에 형 세라믹 플레이트 열전 모듈을 통해, 기판에 가열 / 냉각을 제공한다. 기판 온도는 백금 저항 온도 검출기 (RTD)에 의해 모니터링된다. 기판 온도 제어 장치의 그림 1을 참조.

문학에서 기존의 방법에 비해, 본 기술은 단결정 비스무스 나노 와이어의 높은 수율 (> 70 %)을 형성 할 수 있습니다. 기술은 또.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
비스무트	시그마-알드리치	556130	과립, 99.999%
바나듐 슬러그	알파 아자르	42829	3.175  밀리미터 (0.125  in) 직경 x 6.35  mm (0.25  에) 길이, 99.8 %
바나듐 스퍼터링 타겟	커트 J. 레스커	EJTVXXX253A2	3.00 "직경 x 0.125 인치 두께, 99.5 %
아세톤	시그마 알드리치	179124	>99.5 %
에탄올	알파 Aesar	33361	무수
실리콘 웨이퍼	대학 웨이퍼		두께 300 미크론, (100) 방향
실버 충전 에폭시	Circuit Works	CW2400	2액형 전도성 에폭시 수지
텅스텐 보트, 알루미나 코팅	R. D. Mathis	S9B-AO-W	비스무트 열 증발 텅
스텐 보트	RD Mathis	S4-.015W	바나듐 열 증발 RIE
플라즈마	Nordson March	CS-1701
PVD 75 증기 증착 플랫폼	Kurt J. Lesker	PEDP75FTCLT001	3 개의 열 증발 소스와 1 개의 DC 마그네트론 스퍼터링 소스
장착 열전 온도 컨트롤러	LairdTech	MTTC-1410
PT1000 RGD	LairdTech	340912-01	MTTC-1410
열전 모듈	LairdTech	56910-502
초음파 발생기	크레스트 초음파	트루 스윕 175

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