Name: Electrospray Afzetting van uniforme dikte Ge 23 Sb 7 S 70 En As 40 S 60 Chalcogenide Glass Films (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 38 s
Description: Leer electrospray-afzetting van chalcogenide glasfilms met uniforme dikte voor midden-infrarood fotonische toepassingen. Deze methode maakt gelokaliseerde depositie met variërende dikteprofielen mogelijk.

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

Financiering voor dit werk werd verstrekt door Defense Threat Reduction Agency contracten HDTRA1-10-1-0073: HDTRA1-13-1-0001.

Let op: Raadpleeg de veiligheidsinformatiebladen (VIB) bij het werken met deze chemicaliën, en zich bewust zijn van de andere gevaren zoals hoogspanning, mechanische beweging van de depositie systeem, en de hoge temperaturen van de kookplaat en ovens benut. Let op: Begin dit protocol met bulk chalcogenide glas, dat wordt bereid door bekende smelt-demping technieken 2. 1. Bereiding van CHG Solutions Opmerking: Twee oplossingen worden gebruikt in deze studie, Ge Sb 23 7 S 70 en S 60 40 Al, beide opgelost in ethanolamine met een concentratie van 0,05 g / ml. De voorbereiding van de twee oplossingen zijn identiek. Voer alle stappen in deze sectie binnen van een zuurkast. <ol><li> Plet de bulk glas tot een fijn poeder met behulp van een mortier en een stamper. </li><li> Meng 0,25 g van het glas met 5 ml ethanolamine oplosmiddel. </li><li> Laat 1-2 dagen voor volledige oplossing vanhet glas. Bespoedigen ontbinding door verwarming van de oplossing op een verwarmingsplaat met een oppervlaktetemperatuur van ~ 50-75 ° C. Verhogen de oplossnelheid van het mengsel te roeren, bijvoorbeeld met een magnetische roerstaaf. </li><li> Filteroplossing in een flesje met 0,45 urn polytetrafluorethyleen (PTFE) filter om eventuele grote neerslag uit de oplossing te verwijderen. </li></ol> 2. Instellen van de afzetting Noot: De electrospray afzetting wordt schematisch weergegeven in figuur 1 In deze werkwijze wordt een 50 pi glazen injectiespuit met PTFE getipt zuiger gebruikt.. De injectiespuit verwisselbare naald stijl met een kegel omgestoten, 22 gauge naald buitendiameter (0,72 mm uitwendige diameter, 0,17 mm inwendige diameter), en is verbonden met de verticaal georiënteerde spuitpomp van het electrospray systeem. Het electrospray systeem wordt blootgesteld aan omgevingsatmosfeer in deze eerste experimenten, maar het systeem is opstelling binnen van een glovebox. Het systeem moet set-up op een plaats waar het is geïsoleerd van de gebruiker, zoals een zuurkast. <ol><li> Het uiteinde van de naald in de oplossing Chg. Zuig de oplossing in de spuit door de spuit pomp extract modus bij een lage snelheid, bijvoorbeeld 150 gl / uur, om de vorming van bellen te voorkomen. </li><li> Stel de werkafstand (10 mm in dit geval) tussen het uiteinde van het mondstuk en de top van het Si-substraat met de CNC in handbedrijf modus. Plaats het Si-substraat, wat niet gedoteerd en een soortelijke weerstand heeft van 10.000 ohm-cm, op een aluminiumplaat verbonden met de voedingseenheid aarde retourelektrode. </li><li> Sta een klein volume vloeistof het bekleden van de buitenkant van het mondstuk door intrekking wat vloeistof uit de injectiespuit gebruik van de spuitpomp. Zet kookplaat op bij een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 75-100 ° C. Wacht ~ 2 uur een glasfolie laten drogen op de inktsproeiers. Deze coating bevordert de stabiliteit van de spray. </li></ol> 3. Electrospray DepositionCHG Films <ol><li> Sluit de gelijkstroom (DC) voeding naar de injector een elektrisch clip. </li><li> Stel stroomsnelheid op 10 pl / uur, en stem gelijkspanning om een ​​stabiele Taylor kegel vormen (~ 4 kV bij 10 mm werkafstand). Bekijk de spray met een hoge vergroting camera. </li><li> Start CNC beweging van de spray op het substraat te deponeren film, nadat de spray stabiel. <ol><li> Gebruik een kronkelend pad voor een uniforme dikte of eendimensionale (1-D) geeft een lineaire dikteprofiel. </li><li> Gebruik passeert een afstand langer is dan de breedte van het substraat, zodat de spray bewegingen volledig uit het substraat alvorens de volgende snede. Dit wordt gedaan zodat de stroomsnelheid van vloeistof op elke punt van het substraat. </li><li> Controle van de CNC met behulp LinuxCNC software. Voor een voorbeeld, gebruik maken van de aanvullende G-code voor een kronkelige weg met 0,5 mm verschuiving tussen passes, snelheid van 20 mm / min, en 30 mm lengte van de passen. Figuur 1 </strong&gt; toont een schema van een film gemaakt met de kronkelige pad en definieert het coördinatensysteem ook. </li></ol></li><li> Het aldus afgezette film een ​​reeks warmtebehandelingen onder vacuüm gedurende 1 uur elk bij 100, 125, 150 en 175 ° C en 16 uur bij 200 ° C. Een optimalisatie van de warmtebehandeling parameters wordt gepresenteerd in de representatieve resultaten sectie van dit artikel. </li></ol> 4. Karakterisering van het CHG-Films <ol><li> Karakterisering van achtergebleven oplosmiddel Removal <ol><li> Neem een ​​transmissie FTIR spectrum periodiek gedurende de hybridisatie omstandigheden meten dezelfde locatie op het monster telkens. Teken de omtrek van het substraat op het monster podium, en plaats het binnen dit overzicht elke keer dat een meting wordt uitgevoerd. <ol><li> In de FTIR software, klikt u op &#39;Experiment Setup &quot;en typ het aantal scans als 64. Klik op het tabblad&#39; Bank &#39;en typ in de scan bereik als 7000 cm -1 tot 500 cm -1. Neem een achtergrond scan met alleen het monster etappe in het instrument door te klikken op &quot;Verzamel Achtergrond.&quot; Plaats vervolgens het monster op het podium, en klik op &quot;Collect Sample&quot; om het spectrum van het monster te nemen. </li></ol></li><li> De verwijdering van oplosmiddel volgen, de mogelijke omvang van de biologische absorptie in de film matrix. In de FTIR software, trek een uitgangswaarde in het spectrum van belang, ongeveer 2,300-3,600 cm -1. De software berekent de oppervlakte onder de transmissie spectrum van het monster ten opzichte van de door de gebruiker aangewezen basislijn. </li></ol></li><li> Meting van de laagdikte <ol><li> Krassen op de film met fijne punt pincet, totdat de donkere ondergrond zichtbaar onder de lichter gekleurde film, die meestal optreedt in één krabben beweging met lichte druk wordt. Verwijder puin veroorzaakt door het krabben met samengeperste stikstof. <ol><li> Meet de dikte van de deken films met behulp van een contact profilometerde instaphoogte bepalen van film aan substraat. Open &quot;Measurement Setup,&quot; en typ in scansnelheid van 0,1 mm / sec, en scan lengte van 500 pm. </li><li> Het monster op het podium, het lokaliseren van de kras en draaien het monster zodanig dat de kras is georiënteerd in de links-rechts richting. Verplaats het podium, zodat de cross-haren zijn net onder de scratch, en beginnen met het oppervlak scan door te klikken op &quot;Measurement.&quot; </li><li> Als de scan is voltooid, sleept de R en M cursors zodat ze beiden op het filmoppervlak en klik &quot;Level Two Linear Point&quot; naar het oppervlakteprofiel niveau. Verplaats een cursor naar de onderkant van de scratch, en noteer de afstand tussen de positie van de cursor in de y-dimensie. Meet dikte op verschillende plaatsen een gemiddelde dikte en variantie in de gegevens. </li></ol></li><li> Bepaal de dikte profielen van de niet-uniforme dikte films door het scannen van de profilometer over de gehele film (loodrecht op de 1-D Beweging gebruikt om de film te deponeren), en deze oppervlakteprofiel een grafiek van de filmdikte versus positie die. <ol><li> Scannen over de gehele film activeren door een geschikte scan lengte groter dan de breedte van de film, gewoonlijk 10-20 mm, in &quot;meetopstelling.&quot; Plaats het dradenkruis op ongecoat substraat aan één zijde van de film en klik &quot;Measurement,&quot; waardoor de profilometer de scan op ongecoat substraat vullen aan de andere zijde van de film. Klik met de rechtermuisknop op het oppervlak profiel en exporteren als een CSV-bestand. </li><li> Als alternatief, als de ondergrond is niet vlak genoeg is om betrouwbare gegevens te verkrijgen dikte, krassen op de film tot aan de ondergrond met ongeveer 1 mm tussen krassen, en scan profilometer over het hele film. Noteer de dikte en de horizontale positie bij elke kras, en maak een grafiek van de laagdikte vs. positie van deze gegevens punten. </li></ol></li></ol></li><li> Meet oppervlakteruwheid met een wit licht interferometer13. Stel de focus en fase kantelen naar interferentiestrepen over het gehele meetgebied, in dit geval was 414 urn x 414 urn met de 5x doelstelling genereren. Neem vijf metingen over een uniforme laagdikte van de gemiddelde ruwheid en de variantie van de gegevens te bepalen. </li><li> Meet de brekingsindex een ellipsometer 14 in het gebied van 600-1,700 nm golflengte. In dit geval een invalshoek van 60 °, en de focus van de bundel een puntgrootte van 35 urn. <ol><li> Neem een ​​meting op het ongecoate substraat, het aanbrengen van de gegevens aan de dikte van de natuurlijke oxidelaag bepalen. Gebruik deze informatie om het monster als een drie lagen systeem modelleren: Si wafer + natuurlijke oxide + afgezette film. Neem acht metingen op verschillende locaties op het monster op de gemiddelde brekingsindex en variantie te bepalen, bij gebruik van de Cauchy model om de gegevens te passen. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Novak, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+the+structure+and+properties+of+solution-based+Ge23Sb7S70+thin+films+during+heat+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Mat.+Res.+Bull%22%5BJournal%5D)">Evolution of the structure and properties of solution-based Ge23Sb7S70 thin films during heat treatment.</a> Mat. Res. Bull. 48, 1250-1255 (2013).</li>
<li>Musgraves, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+optical%2C+thermal+and+structural+properties+of+Ge-Sb-S+thin+films+deposited+using+thermal+evaporation+and+pulsed+laser+deposition+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Materiala%22%5BJournal%5D)">Comparison of the optical, thermal and structural properties of Ge-Sb-S thin films deposited using thermal evaporation and pulsed laser deposition techniques.</a> Acta Materiala. 59, 5032-5039 (2011).</li>
<li>Zha, Y., Waldmann, M., Arnold, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+solution+processing+of+chalcogenide+glasses+for+optical+components%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Mat.+Exp%22%5BJournal%5D)">A review on solution processing of chalcogenide glasses for optical components.</a> Opt. Mat. Exp. 3 (9), 1259-1272 (2013).</li>
<li>Chiles, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-loss%2C+submicron+chalcogenide+integrated+photonics+with+chlorine+plasma+etching%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Low-loss, submicron chalcogenide integrated photonics with chlorine plasma etching.</a> Appl. Phys. Lett. 106, 11110(2015).</li>
<li>Hu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+chalcogenide+glass+racetrack+microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Demonstration of chalcogenide glass racetrack microresonators.</a> Opt. Lett. 38 (8), 761-763 (2008).</li>
<li>Singh, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mid-infrared+materials+and+devices+on+a+Si+platform+for+optical+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Technol.+Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Mid-infrared materials and devices on a Si platform for optical sensing.</a> Sci. Technol. Adv. Mater. 15, 014603(2014).</li>
<li>Novak, S., Johnston, D. E., Li, C., Deng, W., Richardson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deposition+of+Ge23Sb7S70+chalcogenide+glass+films+by+electrospray%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Deposition of Ge23Sb7S70 chalcogenide glass films by electrospray.</a> Thin Solid Films. 588, 56-60 (2015).</li>
<li>Kovalenko, M. V., Schaller, R. D., Jarzab, D., Loi, M. A., Talapin, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inorganically+functionalized+PbS-CdS+colloidal+nanocrystals%3A+integration+into+amorphous+chalcogenide+glass+and+luminescent+properties%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Inorganically functionalized PbS-CdS colloidal nanocrystals: integration into amorphous chalcogenide glass and luminescent properties.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 2457-2460 (2012).</li>
<li>Novak, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporation+of+luminescent+CdSe%2FZnS+core-shell+quantum+dots+and+PbS+quantum+dots+into+solution-derived+chalcogenide+glass+films%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Mat.+Exp%22%5BJournal%5D)">Incorporation of luminescent CdSe/ZnS core-shell quantum dots and PbS quantum dots into solution-derived chalcogenide glass films.</a> Opt. Mat. Exp. 3 (6), 729-738 (2013).</li>
<li>Lu, C., Almeida, J. M. P., Yao, N., Arnold, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+uniformly+dispersed+nanoparticle-doped+chalcogenide+glass%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fabrication of uniformly dispersed nanoparticle-doped chalcogenide glass.</a> Appl. Phys. Lett. 105, 261906(2014).</li>
<li>Zhao, X. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+the+performance+of+organic+solar+cells+by+electrospray+deposition+with+optimal+solvent+system%5BTitle%5D)+AND+%22Sol.+Energ.+Mat.+Sol.+C%22%5BJournal%5D)">Enhancement of the performance of organic solar cells by electrospray deposition with optimal solvent system.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. C. 121, 119-125 (2014).</li>
<li>Novak, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Electrospray+deposition+of+chalcogenide+glass+films+for+gradient+refractive+index+and+quantum+dot+incorporation+%5B%5D%22">Electrospray deposition of chalcogenide glass films for gradient refractive index and quantum dot incorporation [dissertation]</a>. , Clemson University. (2015).</li>
<li>Tolansky, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+contributions+to+interferometry%2C+with+applications+to+crystal+studies%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">New contributions to interferometry, with applications to crystal studies.</a> J. Sci. Instrum. 22 (9), 161-167 (1945).</li>
<li>Archer, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+properties+of+films+on+silicon+by+the+method+of+ellipsometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Determination of the properties of films on silicon by the method of ellipsometry.</a> J. Opt. Soc. Am. 52 (9), 970-977 (1962).</li>
<li>Hu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+loss+reduction+in+high-index-contrast+chalcogenide+glass+waveguides+via+thermal+reflow%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Exp%22%5BJournal%5D)">Optical loss reduction in high-index-contrast chalcogenide glass waveguides via thermal reflow.</a> Opt. Exp. 18 (2), 1469-1478 (2010).</li>
<li>Hu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploration+of+waveguide+fabrications+from+thermally+evaporated+Ge-Sb-S+glass+films%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Mater%22%5BJournal%5D)">Exploration of waveguide fabrications from thermally evaporated Ge-Sb-S glass films.</a> Opt. Mater. 30, 1560-1566 (2008).</li>
<li>Song, S., Dua, J., Arnold, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+annealing+conditions+on+the+optical+and+structural+properties+of+spin-coated+As2S3+chalcogenide+glass+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Exp%22%5BJournal%5D)">Influence of annealing conditions on the optical and structural properties of spin-coated As2S3 chalcogenide glass thin films.</a> Opt. Exp. 18 (6), 5472-5480 (2010).</li>
<li>Deng, W., Klemic, J. F., Li, X., Reed, M. A., Gomez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increase+of+electrospray+throughput+using+multiplexed+microfabricated+sources+for+the+scalable+generation+of+monodisperse+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Aerosol.+Sci%22%5BJournal%5D)">Increase of electrospray throughput using multiplexed microfabricated sources for the scalable generation of monodisperse droplets.</a> J. Aerosol. Sci. 37 (6), 696-714 (2006).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Aan het begin van een gelijkmatige dikte, afgezet met kronkelige beweging van de spray opzichte van het substraat, wordt de filmdikte profiel verhogen. Zodra de afstand in de y-richting groter is dan de diameter van de spuit (bij aankomst op het substraat), het debiet wordt ongeveer equivalent voor elk punt op het substraat, en de dikte uniformering wordt. Om de geschikte afzettingsparameters gelijkblijvende dikte electrospray film, theoretische filmdikte T bepalen, wordt gebruikt. Deze wordt gegeven door Vergelijking 1...

Chalcogenide glazen (CHGS) zijn bekend om hun brede infrarood transmissie en ontvankelijkheid voor uniforme dikte, deken film depositie 1-3. On-chip golfgeleiders, resonatoren, en andere optische componenten kunnen dan gevormd uit deze film van lithografische technieken, en daaropvolgende polymeercoating aan microfotonische apparaten 4-5 fabriceren. Een belangrijke toepassing die we proberen te ontwikkelen, is klein, goedkoop, zeer gevoelige chemische sensoren die actief zijn in het midden-infrarood, waar veel biologische soorten hebben optische signaturen 6. Microfotonische chemische sensoren kunnen worden ingezet in ruwe omgevingen, zoals in de buurt van nucleaire reactoren, wanneer de blootstelling aan straling (gamma en alpha) is waarschijnlijk. Derhalve uitgebreid onderzoek naar de wijziging van optische eigenschappen van het CHG-electrospray materialen is kritisch en wordt gerapporteerd in een ander document. In dit artikel wordt electrospray filmafzetting van CHGS vertoonden, aangezien het een methode pas onlangstoegepast CHGS 7. De bestaande film depositie werkwijzen kunnen worden onderverdeeld in twee klassen: dampafzetting technieken zoals thermische verdamping van bulk CHG doelen en-oplossing afgeleide technieken, bijvoorbeeld door spin-coaten van een oplossing van CHG opgelost in een amine oplosmiddel. Algemeen-oplossing verkregen films hebben de neiging te leiden tot groter verlies van het lichtsignaal door de aanwezigheid van achtergebleven oplosmiddel in de film matrix 3, maar een uniek voordeel van oplossing afgeleide technieken via dampafzetting is het eenvoudig opnemen van nanodeeltjes (bijvoorbeeld quantum dots of QD) voorafgaand aan spin-coating 8-10. Echter aggregatie van nanodeeltjes waargenomen bij roterend bedekken films 10. Bovendien, terwijl opdampen en spin-coating methoden zijn goed geschikt voor de vorming van uniforme dikte, deken films, ze niet lenen zich goed gelokaliseerde afzettingen of gemodificeerde niet-uniforme dikte films. Furthermore, opschaling van spin-coating is moeilijk vanwege hoge materiaalverspilling door afstroming van het substraat, en omdat het geen continu proces 11. Om enkele van de beperkingen van de huidige CHG filmafzettechnieken overwinnen, hebben wij de toepassing van electrospray het CHG materiaalsysteem onderzocht. Bij deze werkwijze kan een aerosol nevel te vormen van het CHG-oplossing door een hoog voltage elektrische veld 7. Omdat het een continu proces dat compatibel is met roll-to-roll processing, bijna 100% gebruik van het materiaal mogelijk, hetgeen een voordeel ten opzichte van spin-coating. Daarnaast hebben we voorgesteld dat isolatie van afzonderlijke QD in de afzonderlijke CHG aërosoldruppeltjes kan leiden tot betere QD dispersie door de geladen druppeltjes ruimtelijk zichzelf dispergerende door Coulomb afstoting, in combinatie met de snellere droging kinetiek van de grote oppervlakte druppeltjes dat de beweging van QDs die worden veroorzaakt door deverhogen de viscositeit van de druppeltjes tijdens de vlucht 7, 12. Tenslotte gelokaliseerd depositie is een voordeel dat kan worden gebruikt om GRIN coatings fabriceren. Verkenningen van zowel QD oprichting en GRIN fabricage van CHG met elektrospray zijn momenteel aan de gang als een toekomstig artikel in te dienen. In deze publicatie wordt de flexibiliteit van electrospray aangetoond door gelocaliseerd neerslag en uniforme dikte films. De geschiktheid van de films voor planaire fotonische toepassingen onderzoeken transmissie Fourier transformatie infrarood (FTIR) spectroscopie, oppervlaktekwaliteit, dikte en brekingsindex gemeten worden gebruikt.

<table><tbody><tr><td>Ethanolamine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>411000-100ML</td><td>99,5% zuiverheid</td></tr><tr><td>Si wafer</td><td>University Wafer</td><td>1708</td><td>Dubbelzijdig gepolijst, niet-gelegeerd</td></tr><tr><td>Spuit</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>20788</td><td>Hamilton 700 serie, 50 microliter volume</td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>Chemyx</td><td>Nanojet</td><td></td></tr><tr><td>CNC freesmachine</td><td>MIB instruments</td><td>CNC 3020</td><td></td></tr><tr><td>Voeding</td><td>Acopian</td><td>P015HP4</td><td>AC-DC voeding, 15 kV, 4 mA</td></tr></tbody></table>

electrospray afzetting van uniforme dikte ge<sub&gt; 23</sub&gt; sb<sub&gt; 7</sub&gt; s<sub&gt; 70</sub&gt; en as<sub&gt; 40</sub&gt; s<sub&gt; 60</sub&gt; chalcogenide glass films

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

-Oplossing op basis elektrospray filmafzetting, die compatibel is met doorlopende, roll-to-roll verwerking wordt toegepast infraroodglas. Twee chalcogenide composities worden gedemonstreerd: Ge 23 Sb 7 S 70 en S 40 60, die beide uitgebreid zijn bestudeerd voor vlakke mid-infrarood (mid-IR) microfotonische apparaten. In deze benadering worden uniforme dikte films gefabriceerd door middel van computer numeriek gestuurde (CNC) beweging. Infraroodglas (CHG) is geschreven over het substraat door een enkel mondstuk langs een kronkelige pad. Films werden onderworpen aan een reeks warmtebehandelingen tussen 100 ° C en 200 ° C onder vacuüm achtergebleven oplosmiddel te verdrijven en verdichten de films. Gebaseerd op overbrenging Fourier transformatie infrarood (FTIR) spectroscopie en oppervlakteruwheid metingen werden beide samenstellingen geschikt gebleken voor de vervaardiging van vlakke werktuigen die in de regio midden-IR zijn. restoplosmiddelverwijdering bleek veel sneller het Al 40 S 60 film tegenover Ge Sb 23 7 S 70. Gebaseerd op de voordelen van electrospray, wordt direct printen van een gradiënt in de brekingsindex (GRIN) mid-IR transparante coating beoogd, aangezien het verschil in brekingsindex van de twee samenstellingen in deze studie.

Een schematische weergave van het kronkelend pad gebruikt om uniforme dikte films met enkele spuitmond elektrospray verkrijgen is weergegeven in figuur 2. Figuur 3 toont een voorbeeld transmissie FTIR-spectrum van een gedeeltelijk uitgeharde Al 40 S 60 film gemaakt met kronkelige beweging van de spray, zoals en het spectrum van zuiver ethanolamine oplosmiddel. Uit de informatie die kan worden verkregen uit de FTIR spectra zoals geto...

Een methode voor het afzetten van chalcogenideglasfilms met een uniforme dikte, verkregen uit een oplossing, wordt gedemonstreerd met behulp van computergestuurde numerieke bediening van een elektrospray met een enkele mondstuk.

Electrospray Afzetting van uniforme dikte Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; En As<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; Chalcogenide Glass Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two ...

Het algemene doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van electrospray-filmdepositie van chalcogenideglazen voor fotonische toepassingen in het midden-infrarood, en het verkennen van de unieke flexibiliteit van deze depositiemethode. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat het lokale depositie van materiaal mogelijk maakt met de capaciteit om een specifiek ontworpen profiel van de filmdikte te vervaardigen. Hierdoor is het mogelijk om een ruimtelijk variërende compositionele gradiënt te creëren.Dankzij deze voordelen kan electrospray het veld van chipgebaseerde chemische sensoren in het mid-infrarood bevorderen door een flexibeler ontwerp van apparaten mogelijk te maken. Om het depositieproces op te zetten, plaatst u eerst het uiteinde van de naald in het chalcogenideglas. Trek de oplossing in de spuit door de spuitpomp in de Extract Mode te zetten met een lage snelheid, zoals 150 microliters per uur, om de vorming van bellen te voorkomen.Stel de werkafstand tussen het uiteinde van de nozzle en de bovenzijde van het siliciumsubstraat in met behulp van de computergestuurde numerieke besturing in de Handmatige Bewegingsmodus. Plaats het siliciumsubstraat op een aluminiumplaat die is verbonden met de aardretour van de stroomvoorziening. Doseer vervolgens, met behulp van de spuitpomp, een kleine hoeveelheid vloeistof uit de spuit om het buitenoppervlak van de nozzle te coaten met een klein volume vloeistof.Zet de warmteplaat aan op een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 75 tot 100 graden Celsius. Wacht ongeveer twee uur zodat er een glasfilm op het oppervlak van de spuitmond kan drogen. Verbind de gelijkstroom- of DC-voeding met de spuitmond met een elektrische klem.Stel de stroomsnelheid in op 10 µL per uur en stem de DC-spanning af om een stabiele Taylor-kegel te vormen. Bekijk de spray met een camera met hoge vergroting. Zodra de spray stabiel is, start de computergestuurde beweging van de spray over het substraat om de film te deponeren.Gebruik een slangvormig pad voor een uniforme dikte. Voer passes uit met een afstand die groter is dan de breedte van het substraat, zodat de spray volledig van het substraat af beweegt voordat de volgende pass wordt gemaakt. Dit garandeert dat de vloeistofstroomsnelheid op elk punt op het substraat gelijk is.Gebruik alternatief eendimensionale passes voor een lineair dikteprofiel. Onderwerp de gedeponeerde film aan een reeks warmtebehandelingen onder vacuüm, zoals beschreven in het tekstprotocol. Neem periodiek gedurende de uitgloeistappen een transmissie Fourier-transform infraroodspectrum, of FTIR-spectrum.Om telkens dezelfde locatie op het monster te meten, tekent u een omtrek van het substraat op de monsterhouder en plaatst u dit elke keer dat er een meting wordt uitgevoerd binnen de zuidlijn. Klik in de FTIR-software op Experiment Setup en voer 64 in als het aantal scans. Klik op het tabblad Bench en voer het scanbereik in als 7.000 tot 500 inverse centimeters.Voer een achtergrondscan uit met enkel de monsterhouder in het instrument door op Collect Background te klikken, plaats vervolgens het monster op de houder en klik op Collect Sample om het spectrum van het monster op te nemen. Om de verwijdering van het oplosmiddel te volgen, wordt de grootte van de organische absorpties in de filmmatrix geschat. Trek in de FTIR-software een basislijn in het relevante spectrale bereik van ongeveer 2.300 tot 3.600 cm⁻¹.De software berekent het oppervlak onder het transmissiespectrum van het monster ten opzichte van de door de gebruiker aangewezen basislijn. Kras de film met een fijne pincet tot het donkere substraat zichtbaar wordt tussen de lichter gekleurde film; dit gebeurt doorgaans met één krassende beweging onder lichte druk. Verwijder het door het krassen veroorzaakte vuil met samengeperst stikstof.Plaats het monster in een contactprofilometer en meet de dikte van de blanket-films om de staphogte van de film ten opzichte van het substraat te bepalen. Open Measurement Setup en voer een scansnelheid van 0,1 millimeters per seconde en een scanlengte van 500 microns in. Lokaliseer de kras en roteer het monster zodanig dat de kras in de richting van links naar rechts is georiënteerd.Verplaats de status, zodat het vizier net onder de kras staat, en start de oppervlaktescan door op Measurement te klikken. Zodra de scan is voltooid, sleept u de R- en M-curson naar het filmoppervlak en klikt u op Level Two Point Linear om het oppervlakprofiel te nivelleren. Verplaats één cursor naar de bodem van de kras en noteer de afstand tussen de posities van elke cursor in de Y-dimensie.Meet de dikte op meerdere locaties om een gemiddelde dikte en de variantie in de gegevens te verkrijgen. Bepaal de dikteprofielen van de films met een niet-uniforme dikte door de profilometer over de gehele film te scannen. Gebruik dit oppervlakteprofiel om een grafiek van de filmdikte tegenover de positie te maken.Scan over de gehele film door in Measurement Setup een passende scanlengte in te voeren die groter is dan de breedte van de film, gewoonlijk 10 tot 20 millimeter. Plaats het vizier op het ongecoate substraat aan één zijde van de film en klik op Measurement, zodat de profilometer de scan kan voltooien op het ongecoate substraat aan de andere zijde van de film. Klik met de rechtermuisknop op het oppervlakteprofiel en exporteer dit als een csv-bestand.Meet vervolgens de oppervlakteruwheid met een witlichtinterferometer. Stel de focus en de kanteling van de tafel in om interferentieringes over het gehele meetgebied te genereren met het 5X objectief. Voer vijf metingen uit over de film met uniforme dikte om de gemiddelde ruwheid en de variantie van de gegevens te bepalen.Plaats de sample in een ellipsometer en meet de brekingsindex in het golflengtebereik van 600 tot 1.700 nanometer. Gebruik in dit geval een invalshoek van 60 graden en focus de bundel tot een spotgrootte van 35 micron. Representatieve resultaten van de eigenschappen van de elektrospray-film worden hier getoond.FTIR-transmissiespectra van zuiver ethanolamine-oplosmiddel en een gedeeltelijk uitgeharde arseentrisulfidefilm met residu ethanolamine toonden de transparantie van de films in het midden-infrarood en tevens de methode waarmee het absorptieoppervlak van de oplosmiddelpiek wordt gekarakteriseerd. Door het absorptieoppervlak van de oplosmiddelpiek en de filmdikte gedurende warmtebehandelingen te karakteriseren, wordt de evolutie van de verwijdering van het oplosmiddel en de verdichting van de film aangetoond. Een minimaal residu aan oplosmiddel wordt bereikt door vacuümuitgloeien.Na depositie en warmtebehandeling hebben elektrospray-films over het algemeen een glad uiterlijk. Links is een film te zien met een regio van uniforme dikte, gedeponeerd met een slangvormig spraypad. Rechts zijn films afgebeeld die zijn gemaakt met een eendimensionale beweging om gecontroleerde, niet-uniforme dikteprofielen te verkrijgen.Eendimensionale beweging maakt filmdikteprofielen met een lineair verloop mogelijk, waarbij de filmdikte en het dekkingsoppervlak worden bepaald door de werkafstand van de spray. Concluderend is electrospray de meest gebruikte methode voor de depositie van infraroodtransparante chalcogenideglasdampen, met de mogelijkheid om gelokaliseerde deposities te maken met specifiek ontworpen niet-uniforme dikteprofielen. Electrospray van chalcogenideglas is een nieuw instrument voor het vakgebied van mid-infrarood microfotonica, en het wordt verwacht dat de extra flexibiliteit die dit proces biedt, zal leiden tot innovatieve apparaatontwerpen.

electrospray-deposition-uniform-thickness-ge23sb7s70-as40s60

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Het manipuleren van vloeistoffen en zwevende deeltjes in de micro-en nano-schaal is steeds meer een realiteit als enabling technologies, zoals AC elektrokinetics, verder te ontwikkelen. Hier bespreken we de fysica achter AC elektrokinetics, hoe u deze apparaten en hoe de experimentele waarnemingen te interpreteren fabriceren.

AC elektrokinetische Verschijnselen Gegenereerd door micro-elektrode Structures

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 rapport beschrijft het gebruik van een custom-built systeem om aerosol depositie van dikke lagen van yttrium ijzer granaat uit te voeren op saffier substraten bij RT. De afgezette films worden gekarakteriseerd met behulp van scanning elektronenmicroscopie profilometrie en ferromagnetische resonantie een representatief overzicht van de mogelijkheden van de techniek geven.

Vorming van Dik Dense Yttrium Iron Granaat Films Met behulp van Aerosol Deposition

Er wordt een haalbare op transferdruk gebaseerde methodologie beschreven om plasmonische metaalnanostructuren in zonnepanelen te introduceren. Met behulp van nanopijler poly(dimethylsiloxane) stempels, werd een Ag-gebaseerde geordende nanodisk-array geïntegreerd met standaard gehydrogeneerde microkristallijne Si-zonnepanelen, wat leidde tot verbeterde prestaties van het apparaat als gevolg van plasmonisch lichtopsluiting.

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing

Er wordt een protocol gepresenteerd voor de bereiding van piëzo-elektrische macroporeuze epitaxiale kwartsfilms op silicium door middel van oplossingschemie met behulp van dip-coating en thermische behandelingen in de lucht.

Voorbereiding van Macroporeuze Epitaxiale Quartz Films on Silicon door chemische oplossing Deposition

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

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

Dit document heeft tot doel een methode te presenteren om gladde en goed gecontroleerde films van zilverchloride (AgCl) te vormen met aangewezen dekking bovenop dunne filmzilverelektroden.

Fabricage van dunne film zilver / zilverchloride elektroden met fijn gecontroleerde enkele laag zilverchloride

Dit werk beschrijft het volledige fabricageproces van dunne absorberende cadmium selenium telluride / cadmium telluride fotovoltaïsche apparaten voor verbeterde efficiëntie. Het proces maakt gebruik van een geautomatiseerd in-line vacuümsysteem voor close-space sublimatie depositie die schaalbaar is, van de fabricage van kleine gebied onderzoeksapparaten en grootschalige modules.

Close-Space Sublimatie-Gedeponeerd Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Zonnecellen voor verbeterde kortsluiting stroomdichtheid en fotoluminescentie

Dit werk presenteert een gedetailleerd protocol voor de microfabrication van nanogestructureerde α-kwarts cantilever op een Silicon-On-Insulator (SOI) technologiesubstraat beginnend bij de epitaxiale groei van kwartsfilm met de dipcoatingmethode en vervolgens nanostructuratie van de dunne film via nanoimprintlithografie.

Epitaxiale nanogestructureerde α-quartzfilms op silicium: van materiaal tot nieuwe apparaten

Het manuscript beschrijft een protocol voor radiofrequente magnetronsputteren van Bi2Te3 en Sb2Te3 thermo-elektrische dunne films op glassubstraten, wat een betrouwbare afzettingsmethode vertegenwoordigt die een breed scala aan toepassingen biedt met het potentieel voor verdere ontwikkeling.

Fabricage van Bi2Te3 en Sb2Te3 thermo-elektrische dunne films met behulp van radiofrequentie magnetronsputtertechniek

Leer electrospray-afzetting van chalcogenide glasfilms met uniforme dikte voor midden-infrarood fotonische toepassingen. Deze methode maakt gelokaliseerde depositie met variërende dikteprofielen mogelijk.

Electrospray Afzetting van uniforme dikte Ge

Meer video's verkennen