Name: Fabricage van Nano-engineered transparante geleidende oxides door gepulste laser depositie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-02-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 27 s
Description: Leer de fabricage van nano-geëngineerde transparante geleidende oxides via gepulste laserdepositie. Deze methode optimaliseert de morfologie van aluminium-gedoteerd zinkoxide voor fotovoltaïsche toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

1. Voorbereiding van de ondergrond <ol><li> Snij 1 cm x 1 cm siliciumsubstraten een Si wafer, Silicon goed voor SEM karakterisering (bovenaanzicht en dwarsdoorsnede). </li><li> Snij 1 cm x 1 cm glas (natronkalkglas, 1 mm dik), glas optimaal voor optische en elektrische karakterisatie. </li><li> Als contacten zijn nodig op glas substraten, kan Au contacten worden verdampt in vacuüm met behulp van een masker. Borg 10 nm van Cr als tussenlaag om de hechting van Au, aanbetaling 50 nm van Au verbeteren. </li><li> Snij 1 cm x 1 cm polymeermonster (zoals ethyleen tetrafluorethyleen ETFE). </li><li> Reinig de substraten door sonicatie in isopropanol gedurende 5-10 min en spoel in isopropanol, droog met een N2-stroom. </li></ol> 2. Laser Alignment en selectie van Laser Parameters <ol><li> Warm-up van de Nd: YAG laser en selecteer IV harmonische emissie (266 nm golflengte) door gebruik te maken kwart harmonische generator (FHG) gevormd door twee second harmonische generatoren (SHG) in cascade. </li><li> Monteer een 2% gew. Al 2 O 3:. ZnO ronde doelwit (2 &quot;diameter) op het doel manipulator Lijn de laserpunt in het midden van het doel, start doelwit rotatie en translatie en stel de maximale verticale bereik Controleer of de laserspot nooit de externe raakt. stalen ring gebruikt om de doelstelling vast. Beoogd wordt verplaatst met een roto-translatiebeweging uniforme ablatie van de hele doelgroep oppervlak. </li><li> Selecteer herhalingsfrequentie (bijv. 10 Hz) en puls energie (bijvoorbeeld 75 mJ). Pas pulsenergie en monitor laser stabiliteit door een vermogensmeter. </li><li> Verplaats de focus lens naar een geselecteerde positie en gebruik een stuk van gevoelige papier aan de doelstelling om de puntgrootte te meten. Voor elke positie van het AF-lens vuur één-vijf laser schoten op het papier. Selecteer een lens staat een laser straling van ongeveer 1 J / cm 2 hebben. </li></ol> 3. Het opzetten van PLD eend Selectie van Deposition Parameters <ol><li> Uitlijning van de ondergrond positie <ol><li> Monteer een cirkelvormige papiervel ongeveer 2 &quot;diameter als substraat voor uitlijning tests. </li><li> Verplaats de substraathouder een target-to-substraat afstand d TS = 50 mm. </li><li> Start pompen langs de kamer met primaire en turbomoleculaire pompen totdat het vacuüm niveau bereikt 10 -2 Pa </li><li> Selecteer een type gas (lees: zuurstof) en stel pompsnelheid en gasstroom naar de juiste gasdruk (zie punt 4 en 5). Stel xy positie van het substraat manipulator off-as ten opzichte van de pluim centrum uniforme dikte te verkrijgen over een cirkelvormig corona. </li><li> Start ablatie door het verwijderen van de bundel stop / power meter. Als het doel nieuwe of als het niet werd gebruikt voor lang deze pre-ablatie nodig is om het doel te reinigen. </li><li> Stop ablatie als een aanbetaling is te zien op de paper Op zoek naar een viewport. </li></ol></li><li> Bepaling van plasma pluim lengte <ol><li> Volg de stappen 3.1.1. tot en met 3.1.5, tijdens ablatie foto&#39;s met een digitale camera met 0,5 - 1 sec accumulatie tijd tot de gemiddelde over verschillende plasma pluimen. </li><li> Meet de zichtbare plasma pluim lengte van de getoonde foto te nemen d TS als referentie (zie figuur 3). </li></ol></li><li> Kalibratie van de filmdikte <ol><li> Ver Verplaats de ondergrond van het doel (dat wil zeggen 100 mm en meer) en verplaats de Quartz Micro-Balance (QCM) op een afstand die gelijk is aan d TS van het doel. </li><li> Borg 1000 laser shots (dat wil zeggen 1 &#39;40&#39;&#39;) en meet de gedeponeerde massa waarde, dan moet u het QCM. </li><li> Monteer een Si substraat, zoals in 1.1. </li><li> Stort een monster (bijv. 18.000 laser schoten, dat wil zeggen 30 &#39;) en gebruik dwarsdoorsnede SEM beelden tot en met calibrate de depositiesnelheid (nm / impuls). </li></ol></li></ol> 4. Depositie van nano-engineering van AZO Films <ol><li> Monteer de substraten bereid als in hoofdstuk 1 op de monsterhouder manipulator met behulp van plakband. </li><li> Volg de stappen 3.1.2 - 3.1.3. </li><li> Start substraat rotatie. </li><li> Depositie van compacte AZO films <ol><li> Schakel de ion gun en set ionenenergie bij 100 eV, RF vermogen bij 75-100 W en Ar gas flux op 20 sccm (de druk in de range 10 -2 Pa). Schone substraten met Ar + ion gun gedurende 5-10 minuten. Na het reinigen behandeling dicht gasinlaat en pompen langs de kamer naar Argon te verwijderen. </li><li> Plaats zuurstofgas en pas pompsnelheid en gas flux tot 2 Pa zuurstof hebben. </li><li> beginnen ablatie en borg voor 18.000 foto&#39;s (30 &#39;). Tijdens ablatie controleren of de pluim lengte dat zoals bepaald in stap 3.2. </li><li> stop ablatie, in de buurt gals inlaat, pomp naar beneden de kamer. </li></ol></li><li> Depositie van hiërarchisch gestructureerde AZO films <ol><li> Plaats zuurstofgas en pas pompsnelheid en gasstroom naar 160 Pa zuurstof hebben. </li><li> beginnen ablatie en borg voor 18.000 foto&#39;s (30 &#39;). Tijdens ablatie controleren of de pluim lengte dat zoals bepaald in stap 3.2. </li><li> stop ablatie, in de buurt gasinlaat, pompen naar beneden de kamer. </li></ol></li><li> Ontlucht de kamer en verwijder monsters </li></ol> 5. Elektrische en optische karakterisatie <ol><li> Meet de in-plane transporteigenschappen met vier-probe technieken (Van der Pauw methode). Zie figuur 4 voor een schema van de contacten. Typische waarden van de sonde actueel zijn in de 1 uA tot 10 mA bereik. De metingen uitgevoerd op een proefstuk verminderd tot 0.7 cm x 0.7 cm een ​​betere uniformiteit dikte (ongeveer 5%) te waarborgen. </li><li> Meet de optical doorlating van het monster en de kale substraat. Corrigeren spectra van het substraat bijdrage door aan een de intensiteit op het glas / filmscheidingsvlak. Voor een nauwkeurige correctie procedure ervoor te zorgen dat het monster wordt gemonteerd met het glazen substraat tegenover de invallende bundel. Bepaal de transparantie zichtbaar licht door de gemiddelde transmissie in het 400-700 nm bereik. Gebruik een 150 mm diameter bolfotometer de verstrooide fractie van het licht meten De troebelingsfactor kan worden berekend door het verstrooide fractie van de totaal uitgezonden licht (bijv. verstrooid en verder overgedragen), zie figuur 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>
<li>Lowndes, D. H., Geohegan, D. B., Puretzky, A. A., Norton, D. P., Rouleau, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+novel+thin-film+materials+by+pulsed+laser+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Synthesis of novel thin-film materials by pulsed laser deposition.</a> Science. 273, 898(1996).</li>
<li>Di Fonzo, F., Bailini, A., Russo, V., Baserga, A., Cattaneo, D., Beghi, M. G., Ossi, P. M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+nanostructured+tungsten+and+tungsten+oxide+films%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Today%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of nanostructured tungsten and tungsten oxide films.</a> Catalysis Today. 116, 69-73 (2006).</li>
<li>Casari, C. S., Foglio, S., Passoni, M., Siviero, F., Bottani, C. E., Li Bassi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energetic+regimes+and+growth+mechanisms+of+pulsed+laser+deposited+Pd+clusters+on+Au%28111%29+investigated+by+in+situ+Scanning+Tunneling+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Energetic regimes and growth mechanisms of pulsed laser deposited Pd clusters on Au(111) investigated by in situ Scanning Tunneling Microscopy.</a> Physical Review B. 84 (111), 155441(2011).</li>
<li>Cattaneo, D., Foglio, S., Casari, C. S., Li Bassi, A., Passoni, M., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Different+W+cluster+deposition+regimes+in+pulsed+laser+ablation+observed+by+in+situ+Scanning+Tunneling+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Different W cluster deposition regimes in pulsed laser ablation observed by in situ Scanning Tunneling Microscopy.</a> Surface Science. 601, 1892-1897 (2007).</li>
<li>Bailini, A., Di Fonzo, F., Fusi, M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Russo, V., Baserga, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+laser+deposition+of+tungsten+and+tungsten+oxide+thin+films+with+tailored+structure+at+the+nano-+and+mesoscale%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Pulsed laser deposition of tungsten and tungsten oxide thin films with tailored structure at the nano- and mesoscale.</a> Applied Surface Science. 253, 8130-8135 (2007).</li>
<li>Fusi, M., Russo, V., Casari, C. S., Li Bassi, A., A,, Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Titanium+oxide+nanostructured+films+by+reactive+pulsed+laser+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Titanium oxide nanostructured films by reactive pulsed laser deposition.</a> Applied Surface Science. 255 (10), 5334-5337 (2009).</li>
<li>Dellasega, D., Facibeni, A., Fonzo, F. D. i, Russo, V., Conti, C., Ducati, C., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+High+Valence+Silver+Oxide+Produced+by+Pulsed+laser+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Nanostructured High Valence Silver Oxide Produced by Pulsed laser Deposition.</a> Applied Surface Science. 255 (10), 5248-5251 (2009).</li>
<li>Di Fonzo, F., Tonini, D., Li Bassi, A., Casari, C. S., Beghi, M. G., Bottani, C. E., Gastaldi, D., Vena, P., Contro, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+regimes+in+pulsed+laser+deposition+of+alumina+films%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+A%22%5BJournal%5D)">Growth regimes in pulsed laser deposition of alumina films.</a> Applied Physics A. 93, 765-769 (2008).</li>
<li>Bailini, A., Donati, F., Zamboni, M., Russo, V., Passoni, M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+Laser+Deposition+of+Bi2Te3+Thermoelectric+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Pulsed Laser Deposition of Bi2Te3 Thermoelectric Films.</a> Applied Surface Science. 254, 1249-1254 (2007).</li>
<li>Baserga, A., Russo, V., Fonzo, F. D. i, Bailini, A., Cattaneo, D., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+Tungsten+Oxide+With+Controlled+Properties%3A+Synthesis+And+Raman+Characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Nanostructured Tungsten Oxide With Controlled Properties: Synthesis And Raman Characterization.</a> Thin Solid Films. 515, 6465-6469 (2007).</li>
<li>Dellasega, D., Facibeni, A., Di Fonzo, F., Bogana, M., Polissi, A., Conti, C., Ducati, C., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+Ag4O4+films+with+enhanced+antibacterial+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Nanostructured Ag4O4 films with enhanced antibacterial activity.</a> Nanotechnology. 19, 475602(2008).</li>
<li>Fonzo, F. D. i, Casari, C. S., Russo, V., Brunella, M. F., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchically+organized+nanostructured+TiO2+for+photocatalysis+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Hierarchically organized nanostructured TiO2 for photocatalysis applications.</a> Nanotechnology. 20, 015604(2009).</li>
<li>Torta, F., Fusi, M., Casari, C. S., Bottani, C. E., Bachi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Titanium+Dioxide+Coated+MALDI+plate+for+on+target+Analysis+of+Phosphopeptides%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Proteome+Research%22%5BJournal%5D)">Titanium Dioxide Coated MALDI plate for on target Analysis of Phosphopeptides.</a> Journal of Proteome Research. 8, 1932-1942 (2009).</li>
<li>Ponzoni, A., Russo, V., Bailini, A., Casari, C. S., Ferroni, M., Li Bassi, A., Migliori, A., Morandi, V., Ortolani, L., Sberveglieri, G., Bottani, C. E. Structural And Gas-Sensing Characterization Of Tungsten Oxide Nanorods And Nanoparticles. Sensors & Actuators: B. Chemical B. 153, 340-346 (2011).</li>
<li>Li Bassi, A., Bailini, A., Donati, F., Russo, V., Passoni, M., Mantegazza, A., Casari, C. S., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermoelectric+properties+of+Bi-Te+Films+with+controlled+structure+and+morphology%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Thermoelectric properties of Bi-Te Films with controlled structure and morphology.</a> Journal of Applied Physics. 105, 124307(2009).</li>
<li>Sauvage, F., Di Fonzo, F., Li Bassi, A., Casari, C. S., Russo, V., Divitini, G., Ducati, C., Bottani, C. E., Comte, P., Graetzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-inspired+hierarchical+TiO2+photo-anode+for+dye-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Bio-inspired hierarchical TiO2 photo-anode for dye-sensitized solar cells.</a> Nano Letters. 10, 2562-2567 (2010).</li>
<li>Grankvist, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent+conductors+as+solar+energy+materials%3A+A+panoramic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+%26+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Transparent conductors as solar energy materials: A panoramic review.</a> Solar Energy Materials & Solar Cells. 91, 1529(2007).</li>
<li>Minami, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent+conducting+oxide+semiconductors+for+transparent+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Semicond.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Transparent conducting oxide semiconductors for transparent electrodes.</a> Semicond. Sci. Technol. 20, S35(2005).</li>
<li>Fortunato, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent+Conducting+Oxides+for+Photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Transparent Conducting Oxides for Photovoltaics.</a> MRS Bulletin. 32, 242(2007).</li>
<li>Exarhos, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discovery-based+design+of+transparent+conducting+oxide+films%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Discovery-based design of transparent conducting oxide films.</a> Thin Solid Films. 515, 7025(2007).</li>
<li>Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i, Russo, V., Bruno, P., Mart-Rujas, J., Bottani, C. E., Li Bassi, A., Casari, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+functional+properties+of+Al%3AZnO+thin+films+grown+by+Pulsed+Laser+Deposition+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Structural and functional properties of Al:ZnO thin films grown by Pulsed Laser Deposition at room temperature.</a> Thin Solid Films. 520, 4707-4711 (2012).</li>
<li>Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i, Carminati, M., Russo, V., Li Bassi, A., Casari, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure-dependent+optical+and+electrical+transport+properties+of+nanostructured+Al-doped+ZnO%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Structure-dependent optical and electrical transport properties of nanostructured Al-doped ZnO.</a> Nanotechnology. 23, 365706(2012).</li>
<li>Casari, C. S., Li Bassi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+Laser+Deposition+of+Nanostructured+Oxides%3A+from+Clusters+to+Functional+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Laser+and+Optics+Research%22%5BJournal%5D)">Pulsed Laser Deposition of Nanostructured Oxides: from Clusters to Functional Films.</a> Advances in Laser and Optics Research. Arkin, W. T. 7, Nova Science Publishers Inc. 65-100 (2012).</li>
<li>Amoruso, S., Sambri, A., Vitiello, M., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plume+expansion+dynamics+during+laser+ablation+of+manganates+in+oxygen+atmosphere%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Plume expansion dynamics during laser ablation of manganates in oxygen atmosphere.</a> Applied Surface Science. 252, 4712-4716 (2006).</li>
<li>Uccello, A., Dellasega, D., Perissinotto, S., Lecis, N., Passoni, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+Rhodium+Films+for+Advanced+Mirrors+Produced+by+Pulsed+Laser+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Materials%22%5BJournal%5D)">Nanostructured Rhodium Films for Advanced Mirrors Produced by Pulsed Laser Deposition.</a> Journal of Nuclear Materials. , Accepted (2013).</li>
<li>Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i, Russo, V., Bruno, P., Martí-Rujas, J., Bottani, C. E., Li Bassi, A., Casari, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Performing+Al%3AZnO+Thin+Films+grown+by+Pulsed+Laser+Deposition+at+Room+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Highly Performing Al:ZnO Thin Films grown by Pulsed Laser Deposition at Room Temperature.</a> Nanoscience and Nanotechnology. , Accepted (2013).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

De plasma pluim vorm is nauw verwant aan de ablatie, met name bij aanwezigheid van een gas, controle van de plasma pluim visuele inspectie is belangrijk om de afzetting te beheersen. Bij afzetten van een metaaloxide door ablatie een oxide doelwit is zuurstof nodig om zuurstof verliezen steunen tijdens het ablatieproces. Bij lagere zuurstof achtergrond gasdruk kan het gedeponeerde materiaal hebben zuurstof vacatures. Dit effect wordt verminderd door de gasdruk. Om stoichiometrie scheiden van gasmengsels morfologie (b...

Pulsed Laser Deposition (PLD) stelt laserablatie van een vast doel dat resulteert in de vorming van een plasma van ablatie soorten die worden afgezet op een substraat om een film (zie figuur 1) 1 groeien. Interactie met een achtergrond atmosfeer (inert of reactief) kan worden gebruikt om homogene nucleatie cluster induceren in de gasfase (zie figuur 2) 2,3. Onze strategie voor materiaal synthese door PLD is gebaseerd op de stemming van materiaaleigenschappen in een bottom-up benadering door een zorgvuldige controle van de plasma-dynamiek gegenereerd in de PLD proces. Clustergrootte, kinetische energie en samenstelling kunnen worden gevarieerd door een juiste instelling van depositie parameters die film groei en resulteren in morfologische en structurele veranderingen 4,5 beïnvloeden. Door gebruik van de hier beschreven methode we aangetoond voor een aantal oxiden (bijvoorbeeld WO 3, 4 O 4 Ag, Al 2 O 3 and TiO 2), de mogelijkheid om morfologie afstemmen, dichtheid, porositeit, mate van structurele orde stoichiometrie en fase doordat de materiaalstructuur op nanoschaal 6-11. Dit maakt het ontwerp van materialen voor specifieke toepassingen 12-16. Onder verwijzing naar fotovoltaïsche toepassingen, hebben we gesynthetiseerd nanogestructureerde TiO 2 hiërarchisch georganiseerd door het aaneenzetten van nanodeeltjes (&lt;10 nm) in een nano-en mesostructuur die lijkt op een &#39;woud van bomen&#39; 13 tonen interessante resultaten bij toepassing als photoanodes in kleurstof zonnecellen (DSSC ) 17. Op basis van deze eerdere resultaten beschrijven we het protocol voor de afzetting van Al-gedoteerde ZnO (AZO) films als een transparante geleidende oxide. Transparante geleidende oxides (TCO) hoog bandgap (&gt; 3 eV) materiaal omgezet in geleiders door zware dotering, getoond weerstand &lt;10 -3 ohm-cm en meer dan 80% optische Transmittance in het zichtbare gebied. Ze zijn van essentieel belang voor vele toepassingen zoals aanraakschermen en zonnecellen 18-21 en worden doorgaans gekweekt door verschillende technieken zoals sputteren, gepulste laser depositie, chemische dampafzetting, spuitpyrolyse en op oplossingen gebaseerde chemische methoden. Onder TCO is indium-tin-oxide (ITO) is uitgebreid bestudeerd voor een lage resistiviteit maar het nadeel van de hoge kosten en lage beschikbaarheid van indium. Onderzoek is nu op weg naar indium-vrije systemen, zoals F-gedoteerde SnO 2 (FTO), Al-gedoteerde ZnO (AZO) en F-gedoteerde ZnO (FZO). Elektroden, geschikt om een ​​intelligent beheer van het invallende licht (licht vangen) zijn bijzonder interessant voor fotovoltaïsche toepassingen. De mogelijkheid in te verstrooien zichtbaar licht via structuren en morfologie gemoduleerd op een schaal vergelijkbaar met de golflengte van licht (bijv. 300-1,000 nm), een goede controle over defilm morfologie en op cluster montage architecturen nodig is. In het bijzonder beschrijven we hoe u de morfologie en structuur van AZO films af te stemmen. Compact AZO gedeponeerd bij lage druk (2 Pa zuurstof) en bij kamertemperatuur wordt gekenmerkt door lage weerstand (4,5 x 10 -4 ohm cm) en zichtbaar licht transparant (&gt; 90%) die kan concurreren met AZO gedeponeerd bij hoge temperaturen, terwijl AZO hiërarchische structuren verkregen door ablatie op O 2 drukken boven 100 Pa Dergelijke structuren vertonen een sterke lichtverstrooiing vermogen met troebelingsfactor tot 80% en 22,23.

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van de Reagens / Materiaal </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td></tr><tr><td> Pulsed Laser </td><td> Continuum-Quantronix </td><td> Powerlite 8010 </td></tr><tr><td> Power meter </td><td> Samenhangend </td><td> FieldMaxII-TO </td></tr><tr><td> Ion Gun </td><td> Mantis Dep </td><td> RFMax60 </td></tr><tr><td> Massastroomregelaar </td><td> Mks </td><td> 2179 ° </td></tr><tr><td> Quartz Crystal Microbalance </td><td> Infcon </td><td> XTC / 2 </td></tr><tr><td> Achtergrond gas </td><td> Rivoira-Praxair </td><td> 5,0 zuurstof </td></tr><tr><td> Doel </td><td> Kurt Lesker </td><td> (Gemaakt op verzoek) </td></tr><tr><td> Isopropanol </td><td> Sigma Aldrich </td><td> 190764-2L </td></tr><tr><td> Bron meter </td><td> Keithley </td><td> K2400 </td></tr><tr><td> Magnet Kit </td><td> Ecopia </td><td> 0.55T-Kit </td></tr><tr><td> Spectrofotometer </td><td> PerkinElmer </td><td> Lambda 1050 </td></tr></tbody></table>

fabricage van nano-engineered transparante geleidende oxides door gepulste laser depositie

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

Nanoseconde Pulsed Laser Deposition (PLD) in aanwezigheid van een achtergrondgas kan de depositie van metaaloxiden met afstelbare morfologie, structuur, dichtheid en stoichiometrie door een juiste controle van de plasma pluim expansie dynamiek. Dergelijke veelzijdigheid kan worden benut om nanogestructureerde films te produceren van compacte en dichte tot nanoporeuze gekenmerkt door een hiërarchische assemblage van nano-sized clusters. In het bijzonder beschrijven we de gedetailleerde methode om twee soorten Al-gedoteerde ZnO (AZO) films fabriceren als transparante elektroden in zonnecellen: 1) bij lage druk O 2, compact films met elektrische geleidbaarheid en optische transparantie dicht bij de stand van de techniek transparante geleidende oxides (TCO) is gedeponeerd bij kamertemperatuur, verenigbaar met thermisch gevoelige materialen zoals polymeren in organische fotovoltaïsche cellen (OPVs) 2) Bijzonder lichtverstrooiing hiërarchische structuur lijkt op een bos van bomen nano-prodhanteerden bij hogere drukken. Dergelijke structuren vertonen een hoge Haze factor (&gt; 80%) en kan worden benut om de licht vangen vermogen te verbeteren. De hier beschreven werkwijze AZO films kunnen worden toegepast op andere metaaloxiden relevant voor technologische toepassingen zoals TiO 2, Al 2 O 3, WO 3 en Ag 4 O 4.

De afzetting van AZO door PLD in zuurstof atmosfeer produceert compacte transparante geleidende films bij lage achtergrond gasdruk (dwz 2 Pa) en mesoporeuze bos-achtige structuren gevormd door hiërarchisch geassembleerd clusters bij hoge druk (dat wil zeggen 160 Pa). Het materiaal wordt gevormd door nanokristallijne domeinen waarvan de grootte maximaal is (30 nm) bij 2 Pa 22. Door botsingen tussen de geablateerde species en de achtergrond gas, de vorm en lengte v...

We beschrijven de experimentele methode nanogestructureerde oxide dunne films te deponeren door nanoseconde gepulste laser depositie (PLD) in aanwezigheid van een achtergrondgas. Door deze methode Al gedoteerde ZnO (AZO) films, van compacte hiërarchisch gestructureerd als nano-boom bossen, worden gestort.

Fabricage van Nano-engineered transparante geleidende oxides door gepulste laser depositie

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

Het doel van het volgende experiment is om de morfologie en structuur van aluminium-gedopeerd zinkoxide, gegroeid via gepulseerde laserdepositie, af te stemmen voor fotovoltaïsche toepassingen. Dit wordt bereikt door, in een tweede stap, een zinkoxide-aluminiumoxidedoelwit te ableren met nanoseconde laserpulsen om een pluim van atomaire soorten te produceren die uit het doelwit worden uitgestoten. De achtergrondgasdruk tijdens de ablatie wordt gecontroleerd om het depositieproces af te stemmen.Vervolgens worden compacte en Lumina- of nanoporeuze hiërarchische aluminium-gedoteerde zinkoxidefilms gegroeid, afhankelijk van de gasdruk; de resultaten tonen een hoge transparantie voor compacte structuren en diffuse verstrooiing voor hiërarchische structuren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ligt in de veelzijdigheid bij het realiseren van verschillende structurele morfologieën, variërend van compacte films tot nanoporeuze bosachtige systemen. Deze procedure kan bovendien worden toegepast op diverse metalen en oxiden.Deze methode kan helpen bij het produceren van nieuwe materialen met een potentieel belang voor fotovoltaïsche cellen, zoals transparante elektroden met een sterk lichtverstrooiingsvermogen. Een visuele demonstratie van deze methode is essentieel, aangezien de depositiestappen moeilijk aan te leren zijn vanwege de diverse aspecten die verband houden met vacuümtechnologie en lasertechnologie. Begin met het voorbereiden van de substraten waarop de depositie zal plaatsvinden.Snijd verschillende vierkantjes van één centimeter bij één centimeter uit een siliciumwafer, uit soda-kalkglas met een dikte van één millimeter en uit een polymermonster. Reinig de substraten door ze vijf tot 10 minuten in isopropanol te soniceren.Spoel eerst met isopropanol en droog vervolgens met een stroom stikstof. Warm de neodymium-YAG-laser op. Gebruik een vierde harmonische generator, bestaande uit twee in cascade geschakelde tweede harmonische generatoren, om licht met een golflengte van 266 nanometer te produceren.Monteer vervolgens een cirkelvormig target met een diameter van twee inch, bestaande uit 2% gewichtsprocent aluminiumoxide in zinkoxide, op de targetmanipulator van het depositieapparaat. Richt de laser op het centrum van het target met een invalshoek van 40 graden tot 45 graden. Start de rotatie en translatie van het target.Dit wordt altijd gedaan om een uniforme ablatie te waarborgen. Stel het verticale bereik van de beweging zo in dat de laserplek de externe stalen ring die wordt gebruikt om het target vast te houden, niet raakt. Selecteer nu de herhalingssnelheid en de pulsenergie van de laser.In deze demonstratie zijn dit respectievelijk 10 hertz en 75 millijoules. Blokkeer de straal en monitor de laserstabiliteit met een vermogensmeter. Bevestig voor de volgende stap een stuk lichtgevoelig papier op het doelwit.Om de spotgrootte te meten, verplaatst u de focuslens naar een afstand van het doel die een laserfluentie van ongeveer één joule per vierkante centimeter oplevert. Test dit door één tot vijf laserschoten op het papier af te vuren. Verwijder bij elke potentiële lenspositie het papier.Monteer vervolgens een cirkelvormig vel papier met een diameter van twee inch in de substraathouder voor uitlijningstests. Verplaats de substraathouder naar een afstand van 50 millimeter tussen het target en het substraat. Start het vacuümpompen van de kamer totdat het vacuümniveau één honderdst van een pascal bereikt.Zodra het vacuümniveau is vastgesteld, selecteert u een gastype en past u de pompsnelheid en gasstroom aan om de juiste gasdruk te verkrijgen. In dit experiment wordt zuurstof bij 160 pascals gebruikt.Pas de XY-positie van de substraathouder van de as aan ten opzichte van het centrum van de plume. Dit waarborgt een uniforme filmdikte over een cirkelvormige corona wanneer de monsterhouder wordt gedraaid. Begin vervolgens met de ablatie door de vermogensmeter te verwijderen en de beweging van het target te starten.Deze pre-ablatie kan noodzakelijk zijn om het doelwit te reinigen voor de latere bepaling van de plasmapluimlengte. Begin met het maken van foto's van het plasma met een accumulatietijd van een halve tot een seconde zodra er via een viewport een afzetting op het papier zichtbaar is. Stop de ablatie met de bundelstopper om de filmdikte te kalibreren.Verplaats de lege substraathouder uit de weg naar een afstand van ten minste 100 millimeter van het target. Verplaats vervolgens een kwartsmicrobalans naar de positie tussen target en substraat, op 50 millimeter van het target. Start de ablatie en vuur 1000 laserpulsen op het target.Voor dit experiment is ongeveer 100 seconden nodig. Gebruik de output van de kwartskristalmicrobalans om de gedeponeerde massa op het oppervlak te bepalen. Verwijder vervolgens de kwartskristalmicrobalans nadat het systeem weer op atmosferische druk is gebracht.Plaats een siliconensubstraat in de monsterhouder, pomp het systeem af zoals voorheen en introduceer het gewenste gastype bij de gewenste druk. Er wordt nu een testmonster gedeponeerd door middel van ongeveer 18.000 laserpulsen. Laat het systeem vervolgens ontluchten om het monster te verwijderen.Gebruik cross-sectionele scanning elektronenmicroscopie-beelden om de depositiesnelheid te kalibreren voor het deposeren van compacte A ZO-films en monteer een van de voorbereide substraten. Zodra het substraat correct is uitgelijnd, verplaatst u de substraathouder naar een afstand van 50 millimeters tussen het target en het substraat. Pomp het systeem vervolgens opnieuw af tot 100th van een pascal.Zodra die druk is bereikt, schakelt u de substraatrotatieschakelaar op het ionenkanon in, stelt u de ionenenergie in op 100 electron volts en het radiofrequentievermogen op 75 tot 100 watts. Start de argonstroom met een flux van 70 cubic centimeters per minute. Reinig het substraat met het argonenkanon gedurende vijf tot 10 minuten.Sluit na de reiniging de gastoevoer en pomp de kamer vacuüm om het argon te verwijderen. Wanneer de druk is teruggekeerd naar 100th van een pascal, wordt zuurstofgas geïntroduceerd. Pas de pompsnelheid en de flux aan om de zuurstofdruk op twee pascal te houden.Start de ablatie en vuur 18 000 shots met de laser af tijdens de ablatie. Controleer of de pluimlengte gelijk is aan die wat eerder bij dezelfde druk is vastgesteld. Stop tot slot de ablatie en sluit de gasinlaat.Pomp de kamer vacuüm en laat deze vervolgens ontluchten om de monsters te verwijderen. De procedure voor hiërarchisch gestructureerde films is zeer vergelijkbaar. Monteer en positioneer een substraat zoals eerder beschreven.Pomp het systeem af tot 100th van een pascal en start de beweging van de targets en substraten. Introduceer op dit punt zuurstofgas en stel de pompsnelheid en gasstroom in. Start de ablatie bij een druk van 160 pascals en dien 18 000 lasershots toe.Verifieer of de pluimlengte consistent is aan het einde van de ablatie, sluit de gasinlaat en pomp de kamer leeg. Ventileer de kamer vervolgens opnieuw om het monster te verwijderen. De gepulste laserdepositie van aluminiumzinkoxide in een zuurstofatmosfeer wordt beïnvloed door de zuurstofdruk bij drukken onder 10 Pascals.Een compacte transparante film wordt geproduceerd, zoals hier links te zien is, bij een zuurstofdruk van twee pascal boven de 10 pascal. Het depositieproces resulteert in een mesoporeuze, bosachtige structuur, rechts getoond, bij een zuurstofdruk van 160 pascal. De lichttransmissie en elektrische eigenschappen van de aluminiumzinkoxidefilms variëren met de zuurstofachtergronddruk van de depositieomgeving.In de bovenste grafiek is te zien dat de optische transmissie toeneemt bij een stijgende achtergronddruk, tot uiteindelijk 90% van de haze-factor tussen 400 en 700 nanometer. De verhouding tussen verstrooide en getransmitteerde fotonen neemt eveneens toe bij een hogere zuurstofachtergronddruk. De elektrische resistiviteit varieert ook met de achtergronddruk, voornamelijk als gevolg van de verschillende connectiviteit van de geproduceerde films, zoals te zien is in de grafiek.De compacte, regelmatige films die worden gecreëerd bij een druk onder de 10 Pascal vertonen een lage resistiviteit. De onregelmatige, bosachtige films hebben een resistiviteit die toeneemt met de achtergronddruk en bij 100 pascals 10⁶ ohm centimeter bereikt zodra het proces beheerst is. De depositie van deze films kan in ongeveer één uur worden voltooid, afhankelijk van de dikte.Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om alle depositieparameters tijdens de filmgroei te controleren, met bijzondere aandacht voor de zichtbare pluimlengte. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in hoe u de morfologie van met pulsed laser deposited (PLD) afgezette ZnO-films kunt afstemmen, in het bijzonder de juiste instellingen van de depositieparameters voor de depositie van compacte en nanoporeuze films. Vergeet niet dat werken met lasers met een hoge energie uiterst risicovol kan zijn en dat voorzorgsmaatregelen, zoals het dragen van een beschermingsbril, altijd moeten worden genomen bij het uitvoeren van deze procedure.

fabrication-nano-engineered-transparent-conducting-oxides-pulsed

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Femtoseconde-laser direct-writing wordt vaak gebruikt om drie-dimensionale (3D) patronen te creëren in polymeren en glazen. Echter, patronen metalen in 3D blijft een uitdaging. We beschrijven een werkwijze voor het vervaardigen zilver nanostructuren ingesloten in een polymere matrix met een femtosecondelaser gecentreerd bij 800 nm.

Een methode om Disconnected Silver Nanostructuren Vervaardig in 3D

We beschrijven het gebruik van gepulste laser depositie (PLD), fotolithografie en wire-bonding technieken micrometer meervoudige oxiden apparaten. Het PLD wordt gebruikt om epitaxiale dunne films te laten groeien. Fotolithografie en wire-bonding technieken worden ingevoerd om praktische hulpmiddelen voor de meting doeleinden te creëren.

Fabricage van plaatsgebonden complexe oxiden

Oxidenanostructuren bieden nieuwe kansen voor wetenschap en technologie. De interfaciale geleidbaarheid tussen LaAlO3 en SrTiO3 kan met nagenoeg atomaire precisie worden geregeld met behulp van een geleider atomic force microscopy techniek. Het protocol voor het creëren en meten van geleidende nanostructuren op LaAlO3/SrTiO3 interfaces wordt gedemonstreerd.

Schrijven en lage temperatuur karakterisering van nanostructuren

Verschillende procedures worden geschetst om atomair gedefinieerde templates voor te bereiden op epitaxiale groei van complexe oxide deklagen. Chemische behandeling van enkele kristallijne SrTiO 3 (001) en DYSCO 3 (110) substraten werden uitgevoerd om atomair glad, enkel beëindigd oppervlakken te verkrijgen. Ca 2 Nb 3 O 10 - nanosheets werden gebruikt om atomair gedefinieerde templates op willekeurige substraten te creëren.

Atomair gedefinieerde templates voor epitaxiale groei van complexe oxide deklagen

Dit protocol beschrijft de synthese en afzetting van oplossing anorganische nanokristallen laag voor laag op dunne film elektronica op niet-geleidende oppervlakken te produceren. Solvent-gestabiliseerde inkten kunnen volledige fotovoltaïsche apparaten op glassubstraten via spin en neveldeklaag volgende post-depositie ligand uitwisseling en sinteren produceren.

Fabricage van Fully Solution Verwerkte Anorganische Nanocrystal Fotovoltaïsche apparaten

In kolomvorm zinkoxide structuren in de vorm van staven worden gesynthetiseerd via aerosol-bijgewoonde chemische damp afzetting zonder het gebruik van vooraf gedeponeerde katalysator-zaad deeltjes. Deze methode is schaalbaar en compatibel met verschillende ondergronden op basis van silicium, kwarts of polymeren.

Aerosol-bijgewoonde Chemical Vapor Deposition van metaaloxide structuren: zinkoxide staven

Presenteren we een gedetailleerde methode voor het fabriceren van ultradunne kleur films met verbeterde eigenschappen voor optische coatings. De schuine hoek afzetting techniek met behulp van een electron beam verdamper kan verbeterde kleur tunability en zuiverheid. Bewerkte films van Ge en Au op Si substraten werden geanalyseerd door metingen van de reflectiecoëfficiënt en informatie kleurconversie.

Fabricage van Films van de ultra-dunne kleur met zeer absorberen van Media met behulp van schuine hoek depositie

Wij fabriceren metaal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructuren met behulp van een combinatie van gepulste laser afzetting en in situ magnetron sputteren. Door magnetotransport en in situ X-ray photoelectron spectroscopie experimenten onderzoeken we de wisselwerking tussen elektrostatische en chemische fenomenen van het quasi tweedimensionaal electron gas gevormd in dit systeem.

Groei en elektrostatische fysico-chemische eigenschappen van metaal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructuren

De synthese van hoge kwaliteit bulk en dunne film (Mg0.25(1-x)van CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O en (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) O entropie-gestabiliseerde stikstofoxiden wordt gepresenteerd.

Bulk en dunne Film synthese van compositioneel Variant Entropy-gestabiliseerde stikstofoxiden

Oxidematerialen vertonen veel exotische eigenschappen die kunnen worden gecontroleerd door het zuurstofgehalte af te stemmen. Hier demonstreren we de afstemming van het zuurstofgehalte in oxiden door de gepulseerde laserdepositieparameters te variëren en door postgloeiing uit te voeren. Als voorbeeld worden elektronische eigenschappen van op SrTiO3 gebaseerde heterostructuren afgestemd door groeimodificaties en gloeien.

Afstemmen van oxide-eigenschappen door zuurstofvacuümregeling tijdens groei en gloeien

Hier presenteren we een protocol voor niobium oxide films afzetting door reactieve sputteren met verschillende zuurstof stroomsnelheden voor gebruik als een elektron transportlaag in perovskietmodule zonnecellen.

Niobium oxide films afgezet door reactieve sputtering: effect van zuurstof debiet

Leer de fabricage van nano-geëngineerde transparante geleidende oxides via gepulste laserdepositie. Deze methode optimaliseert de morfologie van aluminium-gedoteerd zinkoxide voor fotovoltaïsche toepassingen.

Fabricage van Nano-engineered transparante geleidende oxides door gepulste laser depositie

Meer video's verkennen