Name: Osadzanie elektronatryskowe o jednolitej grubości Ge23Sb7S70 i As40S60 Folie ze szkła chalkogenkowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 38 s
Description: Poznaj metodę elektronatryskowego osadzania folii ze szkła chalkogenkowego Ge23Sb7S70 i As40S60 o jednolitej grubości. Technika umożliwia lokalne osadzanie i projektowanie profili grubościowych dla zastosowań fotonicznych w średniej podczerwieni.

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

Finansowanie tej pracy zostało zapewnione przez Defense Threat Reduction Agency kontrakty HDTRA1-10-1-0073: HDTRA1-13-1-0001.

Uwaga: Proszę zapoznać się z Kartami Charakterystyki Substancji Niebezpiecznej (MSDS) podczas pracy z tymi chemikaliami i być świadomym innych zagrożeń, takich jak wysokie napięcie, ruch mechaniczny systemu osadzania oraz wysokie temperatury używanej płyty grzewczej i pieców.
Uwaga: Rozpocznij ten protokół od szkła chalkogenkowego luzem, które jest przygotowywane za pomocą dobrze znanych technik topnienia i hartowania 2.
1. Przygotowanie roztworów ChG
Uwaga: W tym badaniu stosuje się dwa roztwory, Ge23Sb7S70 i As40S60, oba rozpuszczone w etanoloaminie w stężeniu 0,05 g / ml. Przygotowanie tych dwóch roztworów jest identyczne. Wykonaj wszystkie czynności opisane w tej sekcji wewnątrz dygestorium.
<ol>
	<li>Zmiażdż szklankę luzem na drobny proszek za pomocą moździerza i tłuczka.</li>
	<li>Wymieszać 0,25 g szklanki z 5 ml rozpuszczalnika etanoloaminy.</li>
	<li>Odczekaj 1-2 dni do całkowitego rozpuszczenia szkła. Przyspiesz rozpuszczanie, podgrzewając roztwór na płycie grzejnej o temperaturze powierzchni ~50-75 °C. Zwiększ szybkość rozpuszczania, mieszając mieszaninę, na przykład za pomocą mieszadła magnetycznego.</li>
	<li>Przefiltrować roztwór do fiolki z filtrem z politetrafluoroetylenu (PTFE) 0,45 μm, aby usunąć wszelkie duże osady z roztworu.</li>
</ol>
2. Konfiguracja procesu osadzania
Uwaga: System osadzania elektronatryskiem jest przedstawiony schematycznie na rysunku 1. W tym procesie wykorzystywana jest szklana strzykawka o pojemności 50 μl z tłokiem zakończonym PTFE. Strzykawka jest wyjmowaną igłą z igłą o średnicy zewnętrznej 22 mm (średnica zewnętrzna 0,72 mm, średnica wewnętrzna 0,17 mm) i jest podłączona do pionowo zorientowanej pompy strzykawkowej systemu elektrorozpylania. W tych początkowych eksperymentach system elektrorozpylania jest wystawiony na działanie atmosfery otoczenia, chociaż system jest umieszczony wewnątrz komory rękawicowej. System powinien być ustawiony w miejscu, w którym jest odizolowany od użytkownika, takim jak wyciąg.
<ol>
	<li>Umieścić koniec igły w roztworze ChG. Wciągnąć roztwór do strzykawki, ustawiając pompę strzykawkową w trybie ekstrakcji z małą prędkością, np. 150 μl/h, aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków.</li>
	<li>Ustaw odległość roboczą (w tym przypadku 10 mm) między końcem dyszy a górną częścią podłoża Si za pomocą CNC w trybie ruchu ręcznego. Umieść podłoże Si, które jest nieoczyszczone i ma rezystywność 10 000 Ohm-cm, na aluminiowej płycie podłączonej do powrotu uziemienia zasilacza.</li>
	<li>Pozwolić, aby niewielka objętość płynu pokryła zewnętrzną powierzchnię dyszy, dozując trochę płynu ze strzykawki za pomocą pompy strzykawkowej. Włącz płytę grzejną przy temperaturze powierzchni około 75-100 °C. Odczekaj ~2 godziny, aby warstwa szkła wyschła na powierzchni dyszy. Powłoka ta zwiększa stabilność sprayu.</li>
</ol>
3. Osadzanie elektronatryskowe folii ChG
<ol>
	<li>Podłącz zasilanie prądem stałym (DC) do dyszy strzykawki za pomocą klipsa elektrycznego.</li>
	<li>Ustaw natężenie przepływu na 10 μl/h i dostosuj napięcie DC, aby utworzyć stabilny stożek Taylora (~4 kV przy odległości roboczej 10 mm). Zobacz spray za pomocą kamery o dużym powiększeniu.</li>
	<li>Rozpocznij ruch CNC natrysku po podłożu, aby nałożyć folię, gdy spray jest stabilny.
	<ol>
		<li>Użyj ścieżki serpentynowej w celu uzyskania jednolitej grubości lub przejść jednowymiarowych (1-W) w celu uzyskania liniowego profilu grubości.</li>
		<li>Stosować przejścia w odległości większej niż szerokość podłoża, tak aby spray całkowicie odsunął się od podłoża przed wykonaniem następnego przejścia. Odbywa się to tak, aby natężenie przepływu cieczy było takie samo w każdym punkcie podłoża.</li>
		<li>Steruj CNC za pomocą oprogramowania LinuxCNC. Na przykład użyj dodatkowego kodu G dla ścieżki serpentynowej z przesunięciem 0,5 mm między przejściami, prędkością 20 mm/min i długością przejść 30 mm. Rysunek 1 przedstawia schemat filmu wykonanego ze ścieżką serpentyny, a także definiuje układ współrzędnych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Nałożoną folię należy poddać serii obróbki cieplnej w próżni przez 1 godzinę w temperaturze 100, 125, 150 i 175 °C oraz 16 godzin w temperaturze 200 °C. Optymalizacja parametrów obróbki cieplnej została przedstawiona w sekcji Reprezentatywne wyniki niniejszego artykułu.</li>
</ol>
4. Charakterystyka filmów ChG
<ol>
	<li>Charakterystyka usuwania pozostałości rozpuszczalnika
	<ol>
		<li>Okresowo wykonuj transmisyjne widmo FTIR w warunkach wyżarzania, mierząc za każdym razem to samo miejsce na próbce. Narysuj kontur podłoża na stoliku na próbkę i umieść go w tym konturze za każdym razem, gdy wykonywany jest pomiar.
		<ol>
			<li>W oprogramowaniu FTIR kliknij "Konfiguracja eksperymentu" i wpisz liczbę skanów jako 64. Kliknij zakładkę "Ławka" i wpisz zakres skanowania od 7 000 cm-1 do 500 cm-1. Wykonaj skanowanie tła za pomocą tylko stolika na próbkę w instrumencie, klikając "Zbierz tło". Następnie umieść próbkę na stoliku i kliknij "Zbierz próbkę", aby pobrać widmo próbki.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Aby śledzić usuwanie rozpuszczalnika, oszacuj wielkość absorpcji organicznych w matrycy filmu. W oprogramowaniu FTIR narysuj linię bazową w zakresie widmowym zainteresowania, około 2,300-3,600 cm-1. Oprogramowanie oblicza obszar znajdujący się pod widmem transmisji próbki w stosunku do linii bazowej wyznaczonej przez użytkownika.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pomiar grubości folii
	<ol>
		<li>Zdrap folię cienką pęsetą, aż ciemne podłoże stanie się widoczne wśród jaśniejszej folii, co zwykle następuje jednym ruchem drapania z lekkim naciskiem. Usuń zanieczyszczenia spowodowane zarysowaniem sprężonym azotem.
		<ol>
			<li>Zmierz grubość folii kocowych za pomocą profilometru kontaktowego, aby określić wysokość stopnia od folii do podłoża. Otwórz "Ustawienia pomiaru" i wpisz szybkość skanowania 0,1 mm/s i długość skanowania 500 μm.</li>
			<li>Umieść próbkę na stoliku, lokalizując rysę i obracając próbkę tak, aby rysa była zorientowana w kierunku od lewej do prawej. Przesuń stolik tak, aby krzyżyk znajdował się tuż pod rysą i rozpocznij skanowanie powierzchni, klikając "Pomiar".</li>
			<li>Po zakończeniu skanowania przeciągnij kursory R i M tak, aby znalazły się na powierzchni filmu, a następnie kliknij "Poziom dwupunktowy liniowy", aby wyrównać profil powierzchni. Przesuń jeden kursor na dół rysy i zapisz odległość między pozycjami każdego kursora w wymiarze y. Zmierz grubość w wielu lokalizacjach, aby uzyskać średnią grubość i wariancję danych.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Określ profile grubości folii o niejednolitej grubości, skanując profilometr na całej folii (prostopadle do ruchu 1D używanego do nałożenia folii) i użyj tego profilu powierzchni do utworzenia wykresu grubości folii w funkcji położenia.
		<ol>
			<li>Skanuj całą folię, wprowadzając odpowiednią długość skanowania większą niż szerokość filmu, zwykle 10-20 mm, w "Ustawieniach pomiaru". Umieść krzyżyk nitkowy na niepowlekanym podłożu po jednej stronie folii i kliknij "Pomiar", pozwalając profilometrowi zakończyć skanowanie na niepowlekanym podłożu po drugiej stronie folii. Kliknij prawym przyciskiem myszy profil powierzchni i wyeksportuj jako plik .csv.</li>
			<li>Alternatywnie, jeśli podłoże nie jest wystarczająco płaskie, aby uzyskać wiarygodne dane dotyczące grubości, zarysuj folię aż do podłoża z zachowaniem około 1 mm między rysami i zeskanuj profilometr na całej folii. Zapisz grubość i pozycję poziomą przy każdym zadrapaniu, a następnie utwórz wykres grubości folii w funkcji pozycji na podstawie tych punktów danych.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zmierz chropowatość powierzchni za pomocą interferometru światła białego 13. Dostosuj ostrość i nachylenie stolika, aby wygenerować prążki interferencyjne na całym obszarze pomiaru, który w tym przypadku wynosił 414 μm x 414 μm przy użyciu obiektywu 5x. Wykonaj pięć pomiarów na folii o jednolitej grubości, aby określić średnią chropowatość i wariancję danych.</li>
	<li>Zmierz współczynnik załamania światła za pomocą elipsometru 14 w zakresie długości fali 600-1 700 nm. W takim przypadku należy użyć kąta padania 60° i skupić wiązkę na rozmiarze plamki 35 μm.
	<ol>
		<li>Wykonaj pomiar na niepowlekanym podłożu, dopasowując dane w celu określenia grubości natywnej warstwy tlenku. Skorzystaj z tych informacji, aby zamodelować próbkę jako system trójwarstwowy: wafel krzemowy + tlenek natywny + osadzona folia. Wykonaj osiem pomiarów w różnych miejscach próbki, aby określić średni indeks refrakcji i wariancję, korzystając z modelu Cauchy'ego w celu dopasowania danych.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Na początku procesu osadzania filmu o jednorodnej grubości przy zastosowaniu ruchu serpentynowego dyszy względem podłoża, profil grubości filmu wzrasta. Gdy dystans pokonany w kierunku y przekroczy średnicę strumienia rozpylania (w momencie dotarcia do podłoża), szybkość przepływu staje się w przybliżeniu równa dla każdego punktu na podłożu, co pozwala na uzyskanie jednorodności grubości. Aby określić odpowiednie parametry osadzania filmu o jednorodnej grubości metodą elektrosprayu, wykorzystuje się teoretyczną grubość f...

Szkła chalkogenkowe (ChG) są dobrze znane ze swojej szerokiej transmisji w podczerwieni i możliwości dostosowania do jednolitej grubości, osadzanie warstwy kocowej 1-3. Falowody, rezonatory i inne elementy optyczne w układzie scalonym można następnie uformować z tej warstwy za pomocą technik litografii, a następnie powłoki polimerowej w celu wytworzenia urządzeń mikrofotonicznych 4-5. Jednym z kluczowych zastosowań, które staramy się rozwijać, są małe, niedrogie, bardzo czułe czujniki chemiczne działające w średniej podczerwieni, gdzie wiele gatunków organicznych ma sygnatury optyczne 6. Mikrofotoniczne czujniki chemiczne mogą być stosowane w trudnych warunkach, takich jak w pobliżu reaktorów jądrowych, gdzie prawdopodobne jest narażenie na promieniowanie (gamma i alfa). W związku z tym szeroko zakrojone badania nad modyfikacją właściwości optycznych materiałów elektrorozpylanych ChG mają kluczowe znaczenie i zostaną przedstawione w innym artykule. W tym artykule przedstawiono osadzanie ChG w warstwie elektrorozpylania, ponieważ jest to metoda dopiero niedawno zastosowana do ChG 7.
Istniejące metody osadzania filmu można podzielić na dwie klasy: techniki osadzania z fazy gazowej, takie jak termiczne odparowywanie masowych celów ChG, oraz techniki pochodzące od roztworu, takie jak powlekanie wirowe roztworu ChG rozpuszczonego w rozpuszczalniku aminowym. Ogólnie rzecz biorąc, folie pochodzące z roztworu mają tendencję do powodowania większych strat sygnału świetlnego ze względu na obecność resztkowego rozpuszczalnika w matrycy filmu 3, ale wyjątkową przewagą technik pochodnych roztworu nad osadzaniem z fazy gazowej jest proste włączenie nanocząstek (np. kropek kwantowych lub QD) przed powlekaniem spinowym 8-10. Jednak agregację nanocząstek zaobserwowano w foliach powlekanych spinowo 10. Ponadto, podczas gdy metody osadzania z fazy gazowej i powlekania wirowego dobrze nadają się do tworzenia folii kocowych o jednolitej grubości, nie nadają się one dobrze do miejscowego osadzania lub konstruowania warstw o niejednolitej grubości. Ponadto zwiększenie skali powlekania wirowego jest trudne ze względu na dużą ilość odpadów materiałowych spowodowanych spływaniem z podłoża oraz ze względu na to, że nie jest to proces ciągły 11.
Aby przezwyciężyć niektóre ograniczenia obecnych technik osadzania folii ChG, zbadaliśmy zastosowanie elektrosprayu do systemu materiałów ChG. W tym procesie z roztworu ChG można utworzyć aerozol poprzez zastosowanie pola elektrycznego o wysokim napięciu 7. Ponieważ jest to proces ciągły, który jest kompatybilny z przetwarzaniem typu roll-to-roll, możliwe jest prawie 100% wykorzystanie materiału, co jest zaletą w porównaniu z powlekaniem wirowym. Ponadto zaproponowaliśmy, że izolacja pojedynczych QD w pojedynczych kropelkach aerozolu ChG może prowadzić do lepszej dyspersji QD, ze względu na to, że naładowane kropelki są przestrzennie samodyspersyjne przez odpychanie kulombowskie, w połączeniu z szybszą kinetyką schnięcia kropel o dużej powierzchni, które minimalizują ruch QD ze względu na rosnącą lepkość kropel podczas lotu 7, 12. Wreszcie, miejscowe osadzanie jest zaletą, którą można wykorzystać do wytwarzania powłok GRIN. Badania zarówno nad włączeniem QD, jak i wytwarzaniem GRIN ChG za pomocą elektrorozpylania są obecnie w toku, które zostaną przedłożone jako przyszły artykuł.
W tej publikacji elastyczność elektrorozpylania jest demonstrowana zarówno przez miejscowe osadzanie, jak i folie o jednolitej grubości. Aby zbadać przydatność filmów do płaskich zastosowań fotonicznych, wykorzystuje się transmisyjną spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR), pomiary jakości powierzchni, grubości i indeksu załamania światła.

<table><tbody><tr><td>Etanoloamina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>411000-100ML</td><td>99,5% czystości</td></tr><tr><td>Wafel Si</td><td>University Wafer</td><td>1708</td><td>Dwustronnie polerowana, nieoszlifowana</td></tr><tr><td>strzykawka</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>20788</td><td>Hamilton 700 series, objętość 50 mikrolitrów</td></tr><tr><td>Pompa strzykawkowa</td><td>Chemyx</td><td>Nanojet</td><td></td></tr><tr><td>Frezarka CNC</td><td>Instrumenty MIB</td><td>CNC 3020</td><td></td></tr><tr><td>Zasilanie</td><td>Acopian</td><td>P015HP4</td><td>zasilacz AC-DC, 15 kV, 4 mA</td></tr></tbody></table>

osadzanie elektronatryskowe o jednolitej grubości ge23sb7s70 i as40s60 folie ze szkła chalkogenkowego

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Do szkieł chalkogenkowych stosuje się osadzanie folii elektronatryskowe na podstawie roztworu, które jest kompatybilne z ciągłym przetwarzaniem z rolki na rolkę. Wykazano dwa składy chalkogenków: Ge23Sb7S70 i As40S60, które były szeroko badane pod kątem płaskich urządzeń mikrofotonicznych w średniej podczerwieni (średniej podczerwieni). W tym podejściu folie o jednolitej grubości są wytwarzane za pomocą ruchu sterowanego numerycznie (CNC). Szkło chalkogenkowe (ChG) jest nanoszone na podłoże za pomocą pojedynczej dyszy wzdłuż serpentynowej ścieżki. Folie poddano serii obróbki cieplnej w temperaturze od 100 °C do 200 °C w próżni w celu usunięcia resztek rozpuszczalnika i zagęszczenia folii. Na podstawie spektroskopii transmisyjnej w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) i pomiarów chropowatości powierzchni, stwierdzono, że oba kompozycje nadają się do wytwarzania urządzeń planarnych działających w zakresie średniej podczerwieni. Stwierdzono, że usuwanie pozostałości rozpuszczalnika jest znacznie szybsze w przypadku folii As40S60 w porównaniu z Ge23Sb7S70. Opierając się na zaletach elektronatryskiwania, przewiduje się bezpośrednie drukowanie przezroczystej powłoki średniej podczerwieni z gradientowym współczynnikiem załamania światła (GRIN), biorąc pod uwagę różnicę w współczynniku załamania światła obu kompozycji w tym badaniu.

Schematyczną reprezentację ścieżki serpentynowej wykorzystywanej do otrzymywania filmów o jednolitej grubości za pomocą elektrosprayu z jedną dyszą przedstawiono na Rysunku 2. Rysunek 3 pokazuje przykładowe widmo FTIR w transmisji częściowo utwardzonego filmu As40S60 wykonanego przy ruchu serpentynowym natrysku, a także widmo czystego rozpuszczalnika, etanolaminy. Na podstawie informacji, jakie można uzyskać z widm FTIR, takich jak n...

Metoda osadzania warstwy szkła chalkogenkowego o jednolitej grubości pochodzącej z roztworu jest demonstrowana przy użyciu komputerowo sterowanego numerycznie ruchu elektrosprayu z pojedynczą dyszą.

Osadzanie elektronatryskowe o jednolitej grubości Ge23Sb7S70 i As40S60 Folie ze szkła chalkogenkowego

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

Ogólnym celem niniejszego badania jest opracowanie metody nanoszenia warstw szkieł chalkogenidowych za pomocą elektrosprayu do zastosowań w fotonice średniej podczerwieni oraz zbadanie wyjątkowej elastyczności tej metody nanoszenia. Główną zaletą tej techniki jest możliwość lokalnego nanoszenia materiału z możliwością formowania zaplanowanego profilu grubości warstwy. Pozwala to na stworzenie przestrzennie zmiennego gradientu składu.Dzięki tym zaletom elektrospray może przyczynić się do rozwoju urządzeń do chemicznego wykrywania w średniej podczerwieni na bazie chipów, umożliwiając bardziej elastyczne projektowanie urządzeń. Aby przygotować proces nanoszenia, należy najpierw umieścić końcówkę igły w szkle chalkogenidowym. Naciągnij roztwór do strzykawki, ustawiając pompę strzykawkową w trybie Extract Mode z niewielką prędkością, np. 150 µL/h, aby zapobiec powstawaniu pęcherzyków powietrza.Ustaw odległość roboczą między końcówką dyszy a górną powierzchnią podłoża krzemowego, korzystając z numerycznego sterowania komputerowego w trybie ręcznego przemieszczania (Manual Movement Mode). Umieść podłoże krzemowe na aluminiowej płycie podłączonej do uziemienia zasilacza. Następnie, za pomocą pompy strzykawkowej, podaj niewielką ilość cieczy ze strzykawki, tak aby mała objętość cieczy pokryła zewnętrzną powierzchnię dyszy.Włącz płytkę grzewczą, ustawiając temperaturę powierzchni na około 75 do 100 stopni Celsjusza. Odczekaj około dwóch godzin, aby warstwa szkła wyschła na powierzchni dyszy. Podłącz zasilacz prądu stałego (DC) do dyszy strzykawki za pomocą klipsa elektrycznego.Ustaw szybkość przepływu na 10 µL/h i dostrój napięcie DC, aby utworzyć stabilny stożek Taylora. Obserwuj rozpylanie za pomocą kamery o dużym powiększeniu. Po ustabilizowaniu rozpylania rozpocznij sterowane komputerowo przemieszczanie strumienia nad podłożem w celu osadzenia filmu.W celu uzyskania jednolitej grubości należy zastosować ścieżkę w kształcie serpentyny. Należy wykonywać przejścia o długości większej niż szerokość podłoża, tak aby natrysk całkowicie opuścił powierzchnię podłoża przed rozpoczęciem kolejnego przejścia. Zapewnia to stały przepływ cieczy w każdym punkcie podłoża.Alternatywnie, w celu uzyskania liniowego profilu grubości, należy zastosować przejścia jednowymiarowe. Poddaj naniesioną warstwę serii zabiegów termicznych w próżni, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Okresowo, w trakcie procesu wygrzewania, wykonuj pomiary transmisyjnej spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera, czyli widma FTIR.Aby za każdym razem mierzyć to samo miejsce na próbce, narysuj kontur podłoża na stole próbkownika i umieszczaj go wewnątrz linii południowej przy każdym pomiarze. W oprogramowaniu FTIR kliknij Experiment Setup i wpisz liczbę skanowań jako 64. Przejdź do karty Bench i ustaw zakres skanowania od 7 000 do 500 cm⁻¹.Wykonaj skan tła z samym stolikiem z próbką w urządzeniu, klikając Collect Background, następnie umieść próbkę na stoliku i kliknij Collect Sample, aby zarejestrować widmo próbki. Aby monitorować usuwanie rozpuszczalnika, oszacuj wielkość absorpcji organicznych w matrycy filmu. W oprogramowaniu FTIR narysuj linię bazową w interesującym zakresie widmowym, mniej więcej od 2 300 do 3 600 cm⁻¹.Oprogramowanie oblicza pole powierzchni pod widmem transmisyjnym próbki w stosunku do linii bazowej wyznaczonej przez użytkownika. Zdrap film za pomocą pęsety z cienkim zakończeniem, aż wśród jasnej warstwy filmu pojawi się ciemny podkład, co zazwyczaj następuje podczas jednego ruchu zdrapywania przy lekkim nacisku. Usuń zanieczyszczenia powstałe podczas zdrapywania za pomocą sprężonego azotu.Wprowadź próbkę do profilometru stykowego i zmierz grubość warstw pokrywy, aby określić wysokość stopnia od warstwy do podłoża. Otwórz okno Measurement Setup i wprowadź prędkość skanowania 0,1 mm/s oraz długość skanu 500 µm. Zlokalizuj rysę i obróć próbkę tak, aby rysa była zorientowana w kierunku z lewej do prawej.Przesuń statecznik tak, aby celownik znajdował się tuż poniżej zarysowania, a następnie rozpocznij skanowanie powierzchni, klikając Measurement. Po zakończeniu skanowania przeciągnij kursory R i M tak, aby oba znajdowały się na powierzchni filmu, i kliknij Level Two Point Linear, aby wyrównać profil powierzchni. Przesuń jeden kursor do dna zarysowania i zapisz odległość między pozycjami obu kursorów w wymiarze Y.Zmierz grubość w kilku miejscach, aby uzyskać średnią grubość oraz wariancję danych. Wyznacz profile grubości warstw o niejednorodnej grubości, przesuwając profilometrem przez całą powierzchnię warstwy. Wykorzystaj uzyskany profil powierzchni do stworzenia wykresu zależności grubości warstwy od pozycji.Wykonaj skan całego filmu, wprowadzając w ustawieniach pomiaru (Measurement Setup) odpowiednią długość skanowania większą niż szerokość filmu, zazwyczaj od 10 do 20 milimetrów. Umieść celownik na niepowlekonym podłożu po jednej stronie filmu i kliknij Measurement, pozwalając profilometrowi na ukończenie skanowania na niepowlekanym podłożu po drugiej stronie filmu. Kliknij prawym przyciskiem myszy na profil powierzchni i wyeksportuj go jako plik csv.Następnie zmierz chropowatość powierzchni za pomocą interferometru światła białego. Dostrój ostrość oraz nachylenie stolika, aby uzyskać prążki interferencyjne na całym obszarze pomiarowym, korzystając z obiektywu 5X. Wykonaj pięć pomiarów w obrębie filmu o jednorodnej grubości, aby wyznaczyć średnią chropowatość oraz wariancję danych.Wprowadź próbkę do elipsometru i zmierz współczynnik załamania światła w zakresie długości fali od 600 do 1 700 nanometrów. W tym przypadku zastosuj kąt padania wynoszący 60 stopni i skup wiązkę do plamki o rozmiarze 35 mikronów. Tutaj przedstawiono reprezentatywne wyniki właściwości filmu naniesionego metodą elektrosprayu.Widma transmisyjne FTIR czystego rozpuszczalnika etanolaminy oraz częściowo utwardzonej błony trysiarczku arsenu z pozostałością etanolaminy wykazały przejrzystość błon w średniej podczerwieni, a także metodę charakteryzacji obszaru absorpcji piku rozpuszczalnika. Poprzez analizę obszaru absorpcji piku rozpuszczalnika oraz grubości błony podczas obróbek termicznych, wykazano przebieg usuwania rozpuszczalnika i zagęszczania błony. Minimalną ilość pozostałego rozpuszczalnika uzyskano poprzez wyżarzanie w próżni.Po osadzaniu i obróbce termicznej elektrorozpylane filmy mają zazwyczaj gładką powierzchnię. Po lewej stronie znajduje się film z obszarem o jednorodnej grubości, osadzony przy użyciu serpentynowej ścieżki rozpylania. Po prawej stronie widoczne są filmy wykonane przy zastosowaniu ruchu jednowymiarowego w celu uzyskania kontrolowanych, niejednorodnych profilów grubości.Ruch jednowymiarowy umożliwia uzyskanie liniowo nachylonych profili grubości filmu, gdzie grubość warstwy i obszar pokrycia są kontrolowane przez odległość roboczą natrysku. Podsumowując, elektrozdrzemmowanie jest traktowane jako najskuteczniejsza metoda osadzania oparów szkła chalkogenidowego przezroczystego w podczerwieni, z możliwością tworzenia lokalnych osadów o zaprojektowanych niejednorodnych profilach grubości. Elektrozdrzemmowanie szkła chalkogenidowego stanowi nowe narzędzie w dziedzinie mikrofotoniki średniej podczerwieni i przewiduje się, że dodatkowa elastyczność zapewniana przez ten proces doprowadzi do opracowania nowatorskich konstrukcji urządzeń.

electrospray-deposition-uniform-thickness-ge23sb7s70-as40s60

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Manipulowanie cieczami i zawieszonymi cząstkami w skali mikro i nano staje się coraz bardziej realne dzięki dalszemu rozwojowi technologii umożliwiających, takich jak elektrokinetyka prądu przemiennego (AC electrokinetics). W niniejszym opracowaniu omawiamy podstawy fizyczne elektrokinetyki AC, sposób wytwarzania tych urządzeń oraz metodę interpretacji obserwacji eksperymentalnych.

Zjawiska elektrokinetyczne AC generowane przez struktury mikroelektrodowe

Przedstawiono różne procedury przygotowania atomowo zdefiniowanych szablonów do epitaksjalnego wzrostu złożonych cienkich warstw tlenkowych. Przeprowadzono obróbkę chemiczną monokrystalicznych substratów SrTiO3 (001) i DyScO3 (110) w celu uzyskania atomowo gładkich, jednozakończonych powierzchni. Ca2 Nb3 O10- nanoarkusze wykorzystano do stworzenia atomowo zdefiniowanych szablonów na dowolnych podłożach.

Atomowo zdefiniowane matryce do epitaksjalnego wzrostu złożonych cienkich warstw tlenkowych

Ten raport opisuje użycie specjalnie zbudowanego systemu do nanoszenia aerozolowego grubych warstw granatu itrowo-żelazowego na szafirowe podłoża w RT. Osadzone błony są charakteryzowane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, profilometrii i rezonansu ferromagnetycznego, aby dać reprezentatywny przegląd możliwości tej techniki.

Tworzenie grubych, gęstych warstw granatu itrowo-żelazowego za pomocą osadzania aerozolowego

Opisana jest realna metodologia oparta na druku transferowym, mająca na celu wprowadzenie plazmonicznych nanostruktur metalowych do ogniw słonecznych.  Wykorzystując nanofilarowe stemple poli(dimetylosiloksanowe), uporządkowany układ nanodysków oparty na Ag zintegrowano ze standardowymi uwodornionymi mikrokrystalicznymi ogniwami słonecznymi Si, co doprowadziło do poprawy wydajności urządzenia dzięki plazmonicznemu pułapkowaniu światła.

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

Przedstawiono protokół do przygotowania piezoelektrycznych makroporowatych warstw epitaksjalnych kwarcu na krzemie za pomocą chemii roztworu przy użyciu powlekania zanurzeniowego i obróbki termicznej w powietrzu.

Otrzymywanie makroporowatych epitaksjalnych warstw kwarcowych na krzemie przez osadzanie roztworu chemicznego

Przedstawiamy szczegółową metodę wytwarzania ultracienkich kolorowych folii o ulepszonych właściwościach dla powłok optycznych. Technika osadzania pod kątem ukośnym przy użyciu parownika wiązki elektronów pozwala na lepsze dostrajanie i czystość kolorów. Wytworzone warstwy Ge i Au na podłożach Si analizowano za pomocą pomiarów współczynnika odbicia i konwersji informacji o kolorze.

Wytwarzanie ultracienkich kolorowych filmów z mediami o wysokiej absorpcji przy użyciu osadzania pod kątem ukośnym

Przedstawiono syntezę wysokiej jakości cienkich warstw masowych i cienkich (Mg0.25(1-x)CoxNi,0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O i (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O stabilizowanych entropią.

Synteza masowa i cienkowarstwowa tlenków stabilizowanych entropią o zmiennym składzie

Ten artykuł ma na celu przedstawienie metody tworzenia gładkich i dobrze kontrolowanych warstw chlorku srebra (AgCl) z określonym pokryciem na cienkich warstwach srebrnych elektrod.

Wytwarzanie cienkowarstwowych elektrod srebrnych/chlorku srebra z precyzyjnie kontrolowanym jednowarstwowym chlorkiem srebra

Ta praca opisuje kompletny proces produkcji cienkich absorberów tellurku kadmu/tellurku selenu/tellurku kadmu dla zwiększenia wydajności. Proces wykorzystuje zautomatyzowany system próżniowy in-line do osadzania sublimacyjnego w bliskiej przestrzeni, który jest skalowalny, od produkcji urządzeń badawczych o małej powierzchni, a także modułów na dużą skalę.

Ultracienkie ogniwa słoneczne CdSeTe/CdTe osadzane sublimacyjnie w bliskiej przestrzeni dla zwiększenia gęstości prądu zwarciowego i fotoluminescencji

Ta praca przedstawia szczegółowy protokół mikrowytwarzania nanostrukturalnego wspornika α-kwarcowego na podłożu w technologii Silicon-On-Insulator(SOI), zaczynając od epitaksjalnego wzrostu warstwy kwarcowej metodą powlekania zanurzeniowego, a następnie nanostrukturyzacji cienkiej warstwy za pomocą litografii nanoimprint.

Epitaksjalne nanostrukturalne warstwy α-kwarcowe na krzemie: od materiału do nowych urządzeń

Rękopis opisuje protokół rozpylania magnetronowego za pomocą częstotliwości radiowej cienkich warstw termoelektrycznych Bi2Te3 i Sb2Te3 na podłożach szklanych, który reprezentuje niezawodną metodę osadzania, która zapewnia szeroki zakres zastosowań z potencjałem do dalszego rozwoju.

Wytwarzanie cienkich warstw termoelektrycznych Bi2Te3 i Sb2Te3 przy użyciu techniki rozpylania magnetronowego o częstotliwości radiowej

Poznaj metodę elektronatryskowego osadzania folii ze szkła chalkogenkowego Ge23Sb7S70 i As40S60 o jednolitej grubości. Technika umożliwia lokalne osadzanie i projektowanie profili grubościowych dla zastosowań fotonicznych w średniej podczerwieni.

Osadzanie elektronatryskowe o jednolitej grubości Ge₂₃Sb₇S₇₀ i As₄₀S₆₀ Folie ze szkła chalkogenkowego

Przeglądaj więcej filmów