Name: Pitloze groei van bismut Nanowire Array via Vacuum Thermische Verdamping (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: Leer hoe je hoogwaardige bismut nanodraden zonder katalysatoren kweekt via vacuümthermische verdamping. Deze schaalbare methode biedt inzicht in groeimechanismen en is toepasbaar op andere halfgeleidermaterialen.

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

Onderzoek wordt uitgevoerd bij het Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory, dat wordt ondersteund door het U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, onder contractnummer DE-SC0012704.

Let op: Gelieve alle relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) te raadplegen voor gebruik. Nanomaterialen kunnen extra risico&#39;s hebben in vergelijking met hun bulk tegenhanger. Gelieve alle nodige veiligheidsvoorschriften bij de omgang-nanomateriaal bedekte substraten, waaronder het gebruik van technische controles (zuurkast) en persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, volledige lengte broek, dichte schoenen). 1. Voorbereidende werkzaamheden <ol><li> Bereiding van dampafzetting systeem <ol><li> Vent de afzettingskamer de atmosfeer druk en open de kamer. De ontluchting gebeurt door het indrukken van de &quot;Start PC Venting&quot; knop op de control software-interface, die automatisch start een sequentie die de kamer om atmosferische druk te ventileren. Bij het bereiken van de sfeer druk opent de kamer door aan de voorzijde toegang te verschaffen tot deur. </li><li> Monteer een wolfraam verdamping boot (alumina beklede) tussen een paar elektroden thermische verdamping. Plaats 1g bismut pellets in de verdamping boot. </li><li> Monteer een vanadium sputteren doelstelling om de magnetronsputteren bron. Zie stap 1.1.4) voor depositie systeem dat niet is voorzien van een Verstuivingsbron. </li><li> (Optioneel, voor depositie systeem niet is uitgerust met een Verstuivingsbron) Monteer een wolfraam verdamping boot tussen een paar elektroden thermische verdamping. Plaats 0,5 g vanadium slakken in de verdamping boot. </li><li> Sluit de mini-banana connectors (twee voor verwarmen / koelvermogen en twee voor temperatuursonde) van de gesloten lus temperatuurregelaar de elektrische overspraak van het afzettingssysteem. </li></ol></li><li> Bereiding van groeisubstraten Opmerking: De vorming van bismut nanodraden ongevoelig voor het groeisubstraat keuze. Soortgelijke resultaten zijn verkregen van glasplaatje, silicium wafer of plaatmetaal. Het wordt aanbevolen door de auteurs dat het substraat vóór de damp wordt gereinigddepositieproces, teneinde een consistente hechting van het vanadium onderlaag bereiken. Verschillende reinigingstechnieken substraat, zoals plasmareiniging en natchemische reiniging kan worden toegepast en leiden tot vergelijkbare resultaten. <ol><li> Reinigen van de groeisubstraten door zuurstof plasma <ol><li> Plaats de groei van substraten in een plasma schoner en pomp de kamer, door op de &quot;VAC ON&quot; knop, om de basis druk van 10 mTorr. </li><li> Open de zuurstof gasklep en de invoering van zuurstofgas naar de kamer door op de &quot;GAS ON&quot; knop op het voorpaneel en stel het debiet door op de &quot;INCR&quot; en &quot;DECR&quot; knoppen voor de gasstroom controle om een ​​kamer druk te handhaven van ongeveer 100 mTorr. </li><li> Zet de plasma-vermogen bij 20 W door op de &quot;INCR&quot; en &quot;DECR&quot; knoppen voor power control en ontsteken het plasma door op de &quot;RF ON&quot; knop. </li><li> Wacht 5 minuten voor het uitschakelen van het plasma door op de &quot;; RF ON &quot;. Knop Vent de kamer door op de&quot; bloeden &quot;knop en de substraten te halen. </li></ol></li><li> Reinigen van de groeisubstraten door natte chemische methode <ol><li> Dompel de groeisubstraten in aceton in een bekerglas. Plaats het bekerglas in een ultrasonicator en ultrasone trillingen gedurende 2 minuten bij maximaal vermogen. </li><li> Verwijder de substraten uit de beker en spoelen met een stroom van absolute alcohol uit een spuitfles voor 30 sec. </li><li> Droog de substraten in een stroom stikstofgas. </li></ol></li></ol></li><li> Substraat laad- en depositie systeem pompen <ol><li> Monteer de ondergrond temperatuurregeling montage aan de substraathouder. </li><li> Met veerklemmen de groeisubstraten monteren bovenop de Peltier koeler / verwarmer. </li><li> Monteer de volledig gemonteerde substraathouder in de dampafzettingskamer, met de substraten met uitzicht op de afzetting bronnen. Sluit de elektrische doorvoeren naar dePeltier koeler / verwarming montage. </li><li> Sluit het substraat sluiter op het substraat te voorkomen onbedoeld afzetting. </li><li> Begin pompen langs de afzettingskamer. Het pompen wordt gedaan door op de &quot;Start PC Pumping&quot; knop op de control software-interface, die automatisch start een sequentie die de kamer te pompen om de basis druk. </li></ol></li></ol> 2. De groei van Bismuth Nanodraden Opmerking: Het experiment is niet beweegt naar de volgende stap totdat de basisdruk van de depositiekamer 2 x 10 -6 Torr of minder heeft bereikt. <ol><li> De afzetting van vanadium onderlaag Opmerking: De beste experimentele reproduceerbaarheid wordt bereikt wanneer het vanadium onderlaag wordt afgezet door de magnetron sputterwerkwijze. Aangezien een sputterbron, hoge reproduceerbaarheid kan ook nog gerealiseerd door het afzetten van de vanadium onderlaag gebruikmakend van thermische verdamping methode, mits het afzettingssysteem hasa lage basis druk (≤ 5 × 10 -7 Torr). Zie stap 3.1.2 voor de details. <ol><li> Vanadium afzetting met een magnetronsputteren bron. <ol><li> Start argonstroom in de sputterbron. Stel debiet tot 40 SCCM. </li><li> Pas de turbomoleculaire pomp revolutie tarief voor een kamer druk van 2,5 mTorr. </li><li> Terwijl de kamer wordt geleidelijk aan het bereiken van de steady-state druk, stelt de dikte kalibratiefactoren aan de QCM. Voor vanadium, de dichtheid 5,96 g / cm 3 en het Z-factor is 0,530. </li><li> Schakel de DC-sputteren en stel de kracht van 200-250 W. Voor de afzetting systeem wordt beheerd door de auteurs, de depositie is ongeveer 0,4 A / sec bij deze macht. Zonder de sluiter substraat, blijven de bron draaien voor 2 min. LET OP: Door deze stap wordt de natuurlijke oxidelaag op het vanadium bron wordt verwijderd, waardoor verse vanadium oppervlak. </li><li> Open het substraat rolluik vanadium depositio beginnenn. Ondertussen reset de gecumuleerde dikte van de QCM nul. </li><li> Verder depositie tot een schijnbare dikte van 20 nm is geaccumuleerd, per QCM lezen. Sluit het substraat sluiter. </li><li> Geleidelijk de sputter vermogen afnemen tot nul. Draai de bron uit. </li><li> Schakel de argonstroom. Zet de turbomoleculaire pomp om zijn volle kracht. </li></ol></li><li> (Optioneel, voor depositie systeem niet is uitgerust met een Verstuivingsbron) Vanadium afzetting met een thermisch verdampingsbron. <ol><li> Door het hoge smeltpunt van vanadium (1910 ° C) en zijn bereidheid om oxidatie, is het raadzaam dat de thermische verdamping worden uitgevoerd op een basis druk van 5 x 10 -7 Torr of lager. </li><li> Stel de dikte kalibratiefactoren de QCM. Voor vanadium, de dichtheid 5,96 g / cm 3 en het Z-factor is 0,530. </li><li> Zet de thermische verdamping stroomtoevoer naar de vanadiumbron.Verhogen langzaam verwarming macht om de wolfraam boot tot het vanadium slakken smelten. </li><li> Met het substraat sluiter gesloten gehouden, langzaam stijgen verwarmingsvermogen tot een afzettingssnelheid van 2 A / sec bereikt, per QCM lezen. Open het substraat rolluik vanadium afzetting starten. Ondertussen reset de gecumuleerde dikte van de QCM nul. </li><li> Verder depositie tot een schijnbare dikte van 50 nm wordt geaccumuleerd. Sluit het substraat sluiter. </li><li> Geleidelijk thermische verdamping stroom afnemen tot nul. Draai de bron uit. </li></ol></li></ol></li><li> De afzetting van bismut nanodraden <ol><li> Voor bismut depositie bij temperatuur boven of beneden RT, de gewenste waarde aan de temperatuurregelaar. Wacht tot de gewenste temperatuur wordt bereikt. </li><li> Stel de dikte kalibratiefactoren de QCM. Voor bismut, de dichtheid 9,78 g / cm 3 en het Z-factor is 0,790. </li><li> Schakel de thermische verdamping kracht supply naar de bismut bron. Verhoog langzaam verwarmingsvermogen de wolfraam boot tot afzettingssnelheid van 2 A / sec bereikt, per QCM lezen. </li><li> Open het substraat rolluik bismut afzetting starten. Ondertussen reset de gecumuleerde dikte van de QCM nul. </li><li> Verder depositie tot een schijnbare dikte van 50 nm wordt geaccumuleerd. Sluit het substraat sluiter. </li><li> Geleidelijk thermische verdamping stroom afnemen tot nul. Draai de bron uit. </li><li> Schakel de voeding naar de thermische elektrische koeler / verwarming. </li><li> Vent de afzettingskamer de atmosfeer druk en open de kamer. Haal de substraathouder en het verzamelen van de bismut nanodraden bedekt substraten. </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>

Auteurs hebben niets te onthullen.

De groei van bismut nanodraden wordt uitgevoerd in een fysische dampafzetting met ten minste twee afzetting bronnen, een voor bismut en een voor vanadium. Aanbevolen wordt een van de bronnen is een magnetron sputtering bron, voor de afzetting van vanadium. Hoog vacuüm wordt bereikt door een turbomoleculaire pompen ondersteund door een droge spiraalpomp. Het opdampen is uitgerust met een geijkte kwartskristal microbalans (QCM) in situ dikte monitoring. De damp depositie systeem heeft elektrische doorvoerdraden v...

Nanodraden beperken het transport van ladingsdragers en andere quasideeltjes, zoals fotonen en plasmonen in één dimensie. Dienovereenkomstig nanodraden vertonen gewoonlijk nieuwe elektrische, magnetische, optische en chemische eigenschappen, waardoor zij vrijwel onbeperkte mogelijkheden kennen voor toepassingen in micro / nano-elektronica, fotonica, biomedische, milieu- en energie-gerelateerde technologieën. 1,2 Gedurende de laatste twee decennia verschillende top-down en bottom-up benaderingen zijn ontwikkeld om een breed scala aan hoogwaardige metalen of halfgeleidende nanodraden op laboratoriumschaal. 3-6 synthese Ondanks deze ontwikkelingen, elke benadering is gebaseerd op een aantal unieke eigenschappen van het uiteindelijke product voor zijn succes. Bijvoorbeeld, de populaire damp-vloeistof-vaste stof (VLS) methode beter geschikt voor halfgeleidermaterialen die hogere smeltpunten en hiervan eutectische legering met overeenkomstige katalytisch &quot;zaden&quot;. 7 Daardoor de synthese van een nanodraadmateriaal van bijzonder belang kan niet worden gedekt door bestaande technieken. Als halfmetaal met kleine indirecte band overlap (-38 meV bij 0 K) en ongewoon licht ladingsdragers, bismut is een voorbeeld van. Het materiaal gedraagt ​​zich radicaal verschillend op verminderde afmeting vergeleken met de massa, zoals kwantumopsluiting bismut nanodraden of dunne films zou kunnen uitmonden in een smalle band gap halfgeleidermateriaal. 8-12 Ondertussen het oppervlak van bismut vormt een quasi-tweedimensionaal metalen die aanzienlijk meer metalen dan de breedte. 13-14 werd aangetoond dat het oppervlak van bismut bereikt een elektronenmobiliteit van 2 x 10 4 cm 2 V -1 sec -1 en draagt ​​sterk bij aan de thermische energie in de vorm nanodraad. 15 Al dergelijke, zijn er aanzienlijke belangen op het bestuderen van bismut nanodraden voor elektronische en in het bijzonder thermo-toepassingen. 12-16 Echter, vanwege de zeer lage bismut&#39;ssmeltpunt (544 K) en de bereidheid voor oxidatie, het blijft een uitdaging om hoge kwaliteit en enkele kristallijne bismut nanodraden met behulp van traditionele damp fase of oplossing fasetechnieken synthese. Eerder is gerapporteerd door verschillende groepen die monokristallijn bismuth nanodraden groeien bij lage opbrengst tijdens vacuum depositie van bismut dunne film, die wordt toegeschreven aan het vrijkomen van stress ingebouwd in de film. 17-20 Recentelijk, ontdekten we een nieuw techniek die is gebaseerd op de thermische verdamping bismut onder hoog vacuüm en leidt tot de schaalbare vorming van monokristallijn bismuth nanodraden in hoge opbrengst. 21 Vergeleken met eerder gerapporteerde methoden, de meest unieke eigenschap van deze techniek is dat het groeisubstraat is vers gecoat met een dun laagje nanoporeuze vanadium vóór afzetting bismut. Tijdens thermische verdamping van laatstgenoemde, bismutdamp infiltreert in de nanoporeuze structuur van de vanAdium film en condenseert daar nanodomains. Omdat vanadium niet wordt bevochtigd door gecondenseerde bismut, worden de domeinen geïnfiltreerd vervolgens uitgezet van vanadium matrix om hun oppervlakte energie vrij te geven. Het is de continue verwijdering van het bismut nanodomains de verticale bismut nanodraden vormt. Aangezien de bismut domeinen slechts 1-2 nm in diameter, zijn zij onderhevig aan aanzienlijke smeltpunt onderdrukken, waardoor ze bijna gesmolten bij kamertemperatuur maakt. Daardoor groei nanodraden overgaat tot het substraat gehouden op kamertemperatuur. Anderzijds, als de migratie van het bismut domeinen thermisch geactiveerd, de lengte en breedte van de nanodraden kan over een breed bereik afgestemd door simpelweg de temperatuur van het groeisubstraat. Deze gedetailleerde video protocol is bedoeld om nieuwe mensen in het veld te vermijden verschillende gemeenschappelijke problemen in verband met fysieke damp depositie van dunne films in een hoog vacuüm, zuurstofvrije omgeving.

<table><tbody><tr><td>Bismut</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>556130</td><td>Korrelig, 99.999%</td></tr><tr><td>Vanadium Slag</td><td>Alfa Aesar</td><td>42829</td><td>3.175&nbsp;mm (0.125&nbsp;in) dia x 6.35&nbsp;mm (0.25&nbsp;in) lengte, 99.8%</td></tr><tr><td>Vanadium Sputtering Target</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTVXXX253A2</td><td>3.00" Dia. x 0.125" Dik, 99.5%</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>179124</td><td>>99.5%</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Alfa Aesar</td><td>33361</td><td>Watervrij</td></tr><tr><td>Silicium Wafer</td><td>University Wafers</td><td></td><td>300 microns dik, (100) oriëntatie</td></tr><tr><td>Zilver Gevulde Epoxy</td><td>Circuit Works</td><td>CW2400</td><td>Tweedelige geleidende epoxyhars</td></tr><tr><td>Wolfraam Boot, Alumina Gecoat</td><td>R. D. Mathis</td><td>S9B-AO-W</td><td>Voor bismut thermische verdamping</td></tr><tr><td>Wolfraam Boot</td><td>R. D. Mathis</td><td>S4-.015W</td><td>Voor vanadium thermische verdamping</td></tr><tr><td>RIE Plasma</td><td>Nordson March</td><td>CS-1701</td><td></td></tr><tr><td>PVD 75 Damp Depositie Platform</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>PEDP75FTCLT001</td><td>Uitgerust met drie thermische verdampingsbronnen en één DC magnetron sputtering bron</td></tr><tr><td>Thermo-elektrische Temperatuur Controller</td><td>LairdTech</td><td>MTTC-1410</td><td></td></tr><tr><td>PT1000 RGD</td><td>LairdTech</td><td>340912-01</td><td>Temperatuursensor voor MTTC-1410</td></tr><tr><td>Thermo-elektrisch Module</td><td>LairdTech</td><td>56910-502</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonicator</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>Tru-Sweep 175</td><td></td></tr></tbody></table>

pitloze groei van bismut nanowire array via vacuum thermische verdamping

Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Hier een pitloze en-template vrije techniek is aangetoond dat schaalbaar groeien bismut nanodraden, door middel van thermische verdamping in hoog vacuüm bij kamertemperatuur. Gewoonlijk gereserveerd voor de fabricage van dunne metalen films, thermische verdamping afzettingen bismut in een array verticale monokristallijn nanodraden over een vlakke dunne film van vanadium gehouden bij kamertemperatuur, dat vers wordt afgezet door sputtering of thermische verdamping. Door het regelen van de temperatuur van het groeisubstraat de lengte en breedte van de nanodraden kunnen worden afgestemd over een breed gebied. Verantwoordelijk voor deze nieuwe techniek is een onbekende nanodraad groeimechanisme dat wortels in de milde porositeit van het vanadium dunne film. Geïnfiltreerd in de vanadium poriën, de bismut domeinen (~ 1 nm) voeren excessieve oppervlakte-energie dat hun smeltpunt onderdrukt en continu verdrijft hen uit het vanadium matrix om nanodraden te vormen. Deze ontdekking toont de haalbaarheid van schaalbare dampfase synthESIS van hoge zuiverheid nanomaterialen zonder gebruik van katalysatoren.

De transversale SEM beelden van vanadium onderlagen gevormd door magnetron sputteren en thermische verdamping werkwijzen zijn weergegeven in figuur 2. Scanning elektronenmicroscopie (SEM) beelden worden ter bismut nanodraden gevormd bij verschillende temperaturen substraat (figuur 3). De kristalstructuur van het bismut nanodraden wordt bepaald door middel van transmissie elektronenmicroscopie (TEM), selectieve specifieke elektron diffractie (SAED) en röntgendiffractie (XRD) studies <str...

Een protocol voor zaadloos en hoog opbrengst groei van bismut nanodraad arrays door middel van vacuüm thermische verdampingstechniek wordt gepresenteerd.

Pitloze groei van bismut Nanowire Array via Vacuum Thermische Verdamping

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

Het algemene doel van deze experimentele procedure is om enkelkristallijne bismut-nanodraden op een schaalbare manier te kweken via thermische verdamping in een hoogvacuüm. Deze methode kan worden gebruikt om hoogwaardige bismut-nanodraden in hoge opbrengsten te synthetiseren. Het materiaal is van groot belang in het veld van halfgeleiderstudies.Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat er geen katalysatoren of seeds aan te pas komen, en dat de synthetische procedure plaatsvindt in een hoog vacuüm, waardoor de nanowire met een hyperzuiverheid wordt gevormd. Deze methode biedt inzicht in hoe nanoporositeit spontane groei van nanowires induceert, maar het zou ook toepasbaar moeten zijn op andere systemen met een laag smeltpunt, zoals indium en tin. Begin met het ontluchten van de depositiekamer tot atmosferische druk en open vervolgens de kamer.Het ontluchten gebeurt door op de knop 'start PC venting' in de interface van de besturingssoftware te drukken, waardoor automatisch een sequentie wordt gestart die de kamer ontlucht tot atmosferische druk. Zodra de atmosferische druk is bereikt, wordt de kamer geopend door de toegangsluik aan de voorzijde open te trekken.Monteer vervolgens een wolfraamverdampingsboot tussen een paar thermische verdampingselektroden. Plaats één gram bismutpellets in de verdampingsboot en monteer een vanadium sputtertarget op de magnetron sputterbron. Sluit daarna de mini-bananenstekkers van de gesloten-lus temperatuurregelaar aan op de elektrische doorvoer van het depositiesysteem.Om de groeisubstraten te reinigen met zuurstofplasma, plaatst u de groeisubstraten in een plasmareiniger en pompt u de kamer door op de knop vac on te drukken tot de basisdruk van 10 millitorr is bereikt. Open de zuurstofgasventiel en laat zuurstofgas in de kamer stromen door op de knop gas on op het voorpaneel te drukken. Pas de stroomsnelheid aan door op de knoppen INCR en DECR voor de controle van de gasstroomsnelheid te drukken om een kamerdruk van ongeveer 100 millitorr te handhaven.Stel vervolgens het plasmaplanvermogen in op 20 watts door de INCR- en DECR-knoppen voor vermogensregeling in te drukken en ontsteek de plasma door op de RF on-knop te drukken. Wacht vijf minuten voordat u de plasma uitschakelt door op de RF on-knop te drukken. Ventileer daarna de kamer door op de bleed-knop te drukken voordat u de substraten verwijdert om een nieuw substraat te laden.Bevestig eerst de assemblage voor de temperatuurregeling van het substraat aan de substraathouder. Gebruik veerclips om de groeisubstraten bovenop de peltier-koel- en verwarmingsassemblage te monteren. Plaats vervolgens de volledig geassembleerde substraathouder in de dampdepositiekamer.Sluit, terwijl de substraten naar de depositiebronnen zijn gericht, de elektrische doorvoeren aan op de Peltier-koeler/verwarmingsassemblage. Sluit het substraatluik om onbedoelde depositie op het substraat te voorkomen. Begin vervolgens met het vacuüm trekken van de depositiekamer.Het vacuüm trekken gebeurt door op de startknop voor PC-pompen in de interface van de aansturingssoftware te drukken, wat automatisch een sequentie start die de kamer naar zijn basisdruk pompt om vanadium af te zetten met een magnetron-sputterbron. Start de argonstroom in de sputterbron. Stel de stroomsnelheid in op tussen 40 en 50 standaard kubieke centimeter per minuut. Pas het toerental van de turbomoleculaire pompen aan voor een kamerdruk van 2,5 tot 3 millitorr terwijl de kamer geleidelijk zijn stabiele druk bereikt.Stel de diktekalibratiefactoren van de kwartskristalmicrobalans of QCM in voor vanadium. De dichtheid is 5,96 grams per kubieke centimeter en de Z-factor is 0,530. Schakel de DC-sputterbron in en stel het vermogen in op 200 tot 250 watt zonder de substraatsluiter te openen.Laat de bron twee minuten draaien. Open de substraatsluiter om de vanadiumdepositie te starten. Stel in ondertussen de geaccumuleerde dikte van de QCM opnieuw in op nul.Zet de depositie voort totdat er volgens de QCM-meting een schijnbare dikte van 20 nanometers is opgebouwd. Sluit vervolgens het substraatluik en verlaag geleidelijk het sputtervermogen naar nul. Schakel daarna de bron uit en sluit de argonstroom af.Zet tenslotte de turbomoleculaire pomp terug naar het volle vermogen. Het is zeer belangrijk dat de substraattemperatuur stabiel en nauwkeurig wordt gehandhaafd, aangezien de lijnen van het nanovirus sterk worden beïnvloed door de temperatuur. Stel voor bismuth-depositie bij temperaturen boven of onder kamertemperatuur de gewenste waarde in op de temperatuurregelaar. Wacht tot de gewenste temperatuur is bereikt.Stel de diktekalibratiefactoren van de QCM in voor bismut. De dichtheid is 9,78 grams per cubic centimeter en de Z-factor is 0,790. Schakel de voeding voor thermische verdamping naar de bismutbron in.Verhoog vervolgens langzaam het verwarmingsvermogen van de wolfraamboot tot een depositiesnelheid van twee angström per seconde is bereikt. Reset de geaccumuleerde dikte van de QCM naar nul op basis van de QCM-meting. Open ondertussen het substraatsluiter om de depositie van bismut te starten.Zet de depositie voort totdat er een schijnbare dikte van 50 nanometers is opgebouwd. Sluit vervolgens het substraatluik. Verlaag geleidelijk het vermogen van de thermische verdamping naar nul.Schakel de bron uit. Schakel de voeding van de thermoelektrische koeler/verwarmer uit. Laat de depositiekamer ventileren tot atmosferische druk en open de kamer.Haal tot slot de substraathouder uit de kamer en verzamel de met bismut-nanodraden bedekte substraten. De dwarsdoorsnede-scanningelektronenmicroscopie- of SEM-beelden van de vanadium-onderlaag, gevormd via magnetron-sputtering en thermische verdampingsmethoden, worden hier gepresenteerd. SEM-beelden worden getoond voor bismut-nanodraden die bij verschillende substraattemperaturen zijn gevormd.De kristalstructuur van de bismut-nanodraden wordt bepaald via transmissie-elektronenmicroscopie, selectieve gebiedselektrondiffractie en röntgendiffractieonderzoek. Elementanalyse via energie-dispersieve röntgenspectroscopie wijst uit dat de bismut-nanodraden niet gelegeerd zijn met de vanadium-onderlaag. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u deze groei kunt realiseren.Enkristallijne nanodraden worden vervaardigd via thermische verdamping in hoogvacuüm. Tijdens deze procedure is het essentieel om de substraattemperatuur nauwkeurig te beheersen, aangezien deze de afmetingen van de nanodraden significant kan beïnvloeden. Een lage basisdruk is daarnaast cruciaal om oxidatie van de gedampte materialen na de vorming te voorkomen. Deze techniek heeft de weg vrijgemaakt voor onderzoekers op het gebied van fysieke synthese van nanostructuren om oppervlakte-energie te benutten als drijvende kracht voor hoogwaardige en hypergestructureerde nanostructuren.

seedless-growth-bismuth-nanowire-array-via-vacuum-thermal

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Dit artikel beschrijft een eenvoudige methode om verticaal uitgelijnd koolstof nanobuis-arrays fabriceren door CVD en om vervolgens hun bevochtiging eigenschappen af ​​te stemmen door ze bloot te om te uitgloeien of droge oxidatie de behandeling stofzuigen.

Droge Oxidatie-en Vacuüm Gloeien Behandelingen voor Stemmen van het Bevochtiging Eigenschappen van Carbon Nanotube Arrays

We beschrijven het apparaat fabricage en meetprotocol voor koolstof nanobuis gebaseerde hoge frequentie biosensoren. De hoge frequentie sensing techniek vermindert de fundamentele ionische (Debye) screening effect en laat nanobuis biosensor in hoge ionische sterkte oplossingen waar conventionele elektronische biosensoren niet worden bediend. Onze technologie biedt een uniek platform voor point-of-care (POC) elektronische biosensoren die in fysiologisch relevante omstandigheden.

Fabricage van koolstof nanobuis High-Frequency Nano-elektronische biosensoren voor Sensing in High Ionic Strength Solutions

We rapporteren een eenvoudige methode voor het vervaardigen van een ultrahoge dichtheid reeks van verticaal besteld klein-moleculaire biologische nanodraden. Deze methode maakt het mogelijk voor de synthese van complexe heterostructured hybride nanodraad geometrieën, die goedkoop kunnen worden gekweekt op willekeurige substraten. Deze structuren hebben potentiële toepassingen in organische elektronica, opto-elektronica, chemische sensing, fotovoltaïsche en spintronica.

Ultrahoge dichtheid Array of verticaal uitgelijnd klein-moleculaire biologische Nanodraden inzake willekeurige Substrates

Een techniek ontwikkeld die Ni / Au contact metaal films verwijdert uit hun substraat te laten voor het onderzoek en karakterisering van het contact / substraat en contact / NW interfaces van enkele GaN nanodraad apparaten.

Analyse van Contact Interfaces for Single GaN Nanodraad Devices

Er wordt een gedetailleerde procedure voor oppervlaktedoping van siliciuminterfaces gegeven. De ultra-shallow oppervlaktedoping wordt gedemonstreerd door het gebruik van fosforhoudende monolagen en een snel verhittingsproces. De methode kan worden gebruikt voor het dopen van oppervlakken met macroscopische gebieden evenals nanostructuren.

Monolaag Contact-doping van siliciumoppervlakken en nanodraden met behulp van organofosforverbindingen

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

Tinsulfide (SnS) is een kandidaatmateriaal voor op Aarde abundantie, niet-toxische zonnecellen. Hier demonstreren we de fabricageprocedure van de SnS-zonnecellen met behulp van atoomlaagdeposition, wat een gecertificeerde energieconversie-efficiëntie van 4,36% oplevert, en thermische verdamping die 3,88% oplevert.

Het maken van Record-efficiëntie SnS Zonnecellen door thermische verdamping en Atomic Layer Deposition

Een methode voor de groei van laagtemperatuur verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen, en de daaropvolgende fabricage van verticale interconnect elektrische teststructuren met behulp van halfgeleiderfabricage wordt gepresenteerd.

Fabricage van Low Temperature koolstof nanobuis Verticale Verbindingen Compatibel met halfgeleidertechnologie

Wij rapporteren een oplossingsgerichte methode voor het synthetiseren van substraat-gebonden Au nanowires. Door de moleculaire liganden gebruikt tijdens de synthese tuning, kunnen de Au nanowires worden gekweekt uit verschillende ondergronden met verschillende oppervlakte-eigenschappen. Au nanowire gebaseerde nanostructuren kan ook gesynthetiseerd worden door het aanpassen van de parameters van de reactie.

Synthese van substraat-gebonden Au Nanowires Via een mechanisme van het actieve oppervlak groei

Het artikel beoogt de invoering van een standaard en betrouwbare fabricage-procedure voor de ontwikkeling van toekomstige lage dimensionale nano-elektronica.

Een standaard en betrouwbare methode om te fabriceren tweedimensionale nano-elektronica

Hier beschrijven we methoden voor het microfabriceren van verticaal uitgelijnde koolstofnanovezels (VACNF's), het overbrengen van VACNF's naar flexibele substraten en het toepassen van VACNF's op zowel stijve als flexibele substraten op planten voor de levering van biomoleculen en kleurstoffen.

Het gebruik van verticaal uitgelijnde koolstofnanovezelarrays op stijve of flexibele substraten voor levering van biomoleculen en kleurstoffen aan planten

Leer hoe je hoogwaardige bismut nanodraden zonder katalysatoren kweekt via vacuümthermische verdamping. Deze schaalbare methode biedt inzicht in groeimechanismen en is toepasbaar op andere halfgeleidermaterialen.

Pitloze groei van bismut Nanowire Array via Vacuum Thermische Verdamping

Meer video's verkennen