Name: Fabricação de Nano-engenharia transparentes Óxidos Realização por deposição por laser pulsado (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-02-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 27 s
Description: Aprenda a depositar filmes finos de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO) por deposição por laser pulsado, controlando a pressão do gás de fundo para obter estruturas compactas transparentes ou florestas nano-porosas com espalhamento de luz.

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1. Preparação do Substrato <ol><li> Corte de 1 cm x 1 substratos de silício de um centímetro lâmina de silício, silício é bom para a caracterização SEM (vista de avião e seção transversal). </li><li> Cortar vidro de 1 cm x 1 cm (de soda-cal, 1 mm de espessura), o vidro é ideal para a caracterização óptica e eléctrica. </li><li> Se os contactos são necessárias em substratos de vidro, os contactos Au pode ser evaporado em vácuo, usando uma máscara. Depósito de 10 nm de Cr como uma camada intermediária para melhorar a adesão de Au, depósito 50 nm de Au. </li><li> Cortada 1 cm x 1 cm de amostra de polímero (por exemplo, etileno tetrafluoroetileno, ETFE). </li><li> Limpar os substratos por sonicação em isopropanol, durante 5-10 min e enxaguar em isopropanol, seca utilizando um fluxo de N 2. </li></ol> 2. Alinhamento a laser e Seleção de parâmetros do laser <ol><li> De aquecimento a laser Nd: YAG e seleccione emissão IV harmónica (266 nm de comprimento de onda), utilizando um gerador de harmónicas quarto (FHG), constituído por dois sigeradores cond harmônicas (SHG) em cascata. </li><li> Montar um peso de 2%. Al 2 O 3:. ZnO alvo circular (diâmetro de 2 &quot;), em que o manipulador alvo Alinhar o ponto de laser no centro do alvo, iniciar a rotação e translação de destino e definir o intervalo vertical máxima Verificar que o ponto de laser nunca toca a externa. anel de aço utilizado para fixar o alvo. O alvo é movido com um movimento de roto-translacional de ter de ablação uniforme de toda a superfície do alvo. </li><li> Selecione a taxa de repetição (por exemplo, 10 Hz) e pulso de energia (por exemplo, 75 mJ). Ajuste de pulso de energia e monitorar a estabilidade do laser por um medidor de energia. </li><li> Mover a lente de focagem para a posição seleccionada e usar um pedaço de papel sensível ligado ao alvo para medir o tamanho do ponto. Para qualquer posição de focagem das lentes de incêndio disparos de laser 1-5 sobre o papel. Seleccionar uma posição da lente para ter uma fluência do laser de cerca de 1 J / cm 2. </li></ol> 3. Criação de um PLDSeleção d de parâmetros de deposição <ol><li> Alinhamento da posição do substrato <ol><li> Montar uma chapa circular de papel de cerca de 2 &quot;de diâmetro como um substrato para os testes de alinhamento. </li><li> Mover o suporte do substrato a uma distância do alvo-para-substrato TS d = 50 mm. </li><li> Iniciar o bombeamento para baixo na câmara de com bombas primárias e turbomolecular até que o nível de vácuo atinge 10 -2 Pa. </li><li> Selecione um tipo de gás (oxigênio, por exemplo) e ajustar a velocidade de bombeamento e fluxo de gás para ter a pressão de gás adequado (ver secções 4 e 5). Ajuste xy posição do manipulador de substrato fora do eixo em relação ao centro da pluma de obter a espessura da película uniforme sobre uma coroa circular. </li><li> Comece a ablação, removendo o feixe metros rolha / potência. Se o alvo é novo ou se não tiver sido utilizada durante muito tempo, esta pré-ablação é necessário limpar o alvo. </li><li> Pare ablação quando um depósito pode ser visto no paper olhando de uma janela. </li></ol></li><li> Determinação do comprimento da pluma plasma <ol><li> Siga os passos 3.1.1. a 3.1.5, durante a ablação tirar fotos com uma câmera digital com 0,5 - 1 vez acumulação de seg a média de plumas de plasma diferentes. </li><li> Medir o comprimento da pluma visível plasma a partir das imagens, tendo d TS como referência (ver figura 3). </li></ol></li><li> A calibração da espessura do filme <ol><li> Mover o substrato longe do alvo (ou seja, de 100 mm e mais) e deslocar o equilíbrio Micro-quartzo (QCM), a uma distância igual a d TS a partir do alvo. </li><li> Depósito 1000 laser (ou seja, 1 &#39;40&#39;&#39;) e medir o valor da massa depositada, em seguida, passar a QCM distância. </li><li> Montar um substrato de Si como em 1.1. </li><li> Depositar uma amostra de teste (por exemplo, 18.000 disparos de laser, ou seja, 30 &#39;) e usar imagens seccionais cruzadas SEM para calibrate a taxa de deposição (nm / pulso). </li></ol></li></ol> 4. Deposição de nanoengineered AZO Films <ol><li> Montar os substratos preparados como no ponto 1 em que o manipulador suporte de amostras usando fita adesiva. </li><li> Siga os passos 3.1.2 - 3.1.3. </li><li> Iniciar a rotação do substrato. </li><li> Deposição de filmes compactos AZO <ol><li> Ligar a pistola de iões e de energia de iões conjunto a 100 eV de energia de RF, a 75-100 W e do fluxo de gás Ar a 20 sccm (a pressão está na gama de 10 Pa -2). Substratos limpos com Ar + íon de armas por 5-10 min. Após a entrada de gás de tratamento de limpeza e estreita para baixo da câmara de bomba para remover Argon. </li><li> Insira o gás oxigênio e ajustar bombeamento velocidade e fluxo de gás para ter dois de oxigênio Pa. </li><li> começar a ablação e depósito para 18.000 disparos (30 &#39;). Durante a ablação de verificação de que o comprimento da pluma é o mesmo, tal como determinado no passo 3.2. </li><li> parar de ablação, g pertocomo entrada, bombear a câmara. </li></ol></li><li> Deposição de filmes hierarquicamente estruturados AZO <ol><li> Insira o gás oxigênio e ajustar a velocidade de bombeamento e fluxo de gás para ter 160 oxigênio Pa. </li><li> começar a ablação e depósito para 18.000 disparos (30 &#39;). Durante a ablação de verificação de que o comprimento da pluma é o mesmo, tal como determinado no passo 3.2. </li><li> parar de ablação, entrada de gás perto, bombear a câmara. </li></ol></li><li> Alivie a câmara e recolher amostras </li></ol> 5. Caracterização elétrica e óptica <ol><li> Medir as propriedades de avião-transporte, utilizando quatro sondas de técnicas (ou seja, Van der Pauw método). Ver Figura 4 para um esquema dos contatos. Os valores típicos da corrente estão na sonda mA 1-10 mA. As medições são realizadas através de uma área de amostra reduzido para 0,7 cm x 0,7 centímetros de assegurar uma melhor uniformidade de espessura (cerca de 5%). </li><li> Medir a optical transmitância da amostra e do substrato nu. Corrigir os espectros para a contribuição de substrato através da criação de uma intensidade na interface vidro / película. Para um processo de correcção preciso garantir que a amostra é montada com o substrato de vidro voltada para o feixe incidente. Determinar a transparência da luz visível por meio do cálculo da transmitância média na gama de 400-700 nm. Use uma esfera de diâmetro 150 milímetros integrando para medir a fracção da luz dispersa, o factor de Haze pode ser calculada dividindo a fracção dispersa pela luz total transmitida (ou seja, para a frente e dispersa transmitida), ver Figura 5. </li></ol>

<ol><li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Pulsed+Laser+Deposition+of+Thin+Films%22">Pulsed Laser Deposition of Thin Films</a>. Chrisey, D. B., Hubler, G. K. , John Wiley & Sons. New York. (1994).</li>
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<li>Uccello, A., Dellasega, D., Perissinotto, S., Lecis, N., Passoni, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+Rhodium+Films+for+Advanced+Mirrors+Produced+by+Pulsed+Laser+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Materials%22%5BJournal%5D)">Nanostructured Rhodium Films for Advanced Mirrors Produced by Pulsed Laser Deposition.</a> Journal of Nuclear Materials. , Accepted (2013).</li>
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</ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

A forma pluma plasma está intimamente relacionado com o processo de ablação, em especial na presença de um gás; monitorização da pluma plasma por inspecção visual é importante para controlar a deposição. Ao depositar um óxido de metal por ablação de um alvo de óxido, o oxigênio é necessário para suportar as perdas de oxigênio durante o processo de ablação. Com menor pressão de gás de oxigénio de fundo, o material depositado pode ter vagas de oxigénio. Este efeito é reduzido através do aumento da pressão do gás. Para sep...

A deposição laser pulsada (PLD) emprega a ablação por laser de um alvo sólido que resulta na formação de um plasma de espécies extirpadas que podem ser depositados sobre um substrato de um filme para crescer (ver Figura 1) 1. A interacção com a atmosfera do fundo (inerte ou reactivo) podem ser utilizados para induzir a nucleação homogénea aglomerado na fase de gás (veja a Figura 2) 2,3. A nossa estratégia para a síntese de material por PLD é baseada na afinação das propriedades dos materiais em uma abordagem de baixo para cima através do controlo rigoroso da dinâmica do plasma gerado no processo de PLD. Tamanho do cluster energia cinética e composição pode ser variada por uma configuração apropriada dos parâmetros de deposição, que afectam o crescimento de filmes e resultam em alterações morfológicas e estruturais, 4,5. Ao explorar o método descrito aqui, foi demonstrado, por um certo número de óxidos (por exemplo, WO 3, Ag 4 O 4, Al 2 O 3 and TiO 2), com a capacidade de afinar a morfologia, a densidade, a porosidade, grau de ordem estrutural, estequiometria e fase, modificando a estrutura do material no 6-11 nanoescala. Isto permite que o desenho de materiais para aplicações específicas 12-16. Com referência às aplicações fotovoltaicas, sintetizamos TiO 2 nanoestruturado hierarquicamente organizado por nanopartículas de montagem (&lt;10 nm) de um nano-e mesoestrutura que se assemelha a uma &#39;floresta de árvores &quot;13 mostrando resultados interessantes quando empregado como fotoanodos em corantes em células solares sensibilizadas (DSSC ) 17. Com base nestes resultados anteriores que descrevem o protocolo para a deposição de Al-ZnO dopados (AZO) filmes como um óxido condutor transparente. Óxidos transparentes condutores (TCOs) são bandgap elevada (&gt; 3 eV) materiais convertidos em condutores por dopagem pesada, exibindo resistividade &lt;10 -3 ohm-cm e mais de 80% transmi ópticottance na faixa visível. Eles são um elemento chave para muitas aplicações, tais como telas de toque e células solares 18-21 e eles são normalmente cultivadas por diferentes técnicas, tais como sputtering deposição por laser, pulsante, deposição de vapor químico, spray pirólise e com métodos de solução à base de químicos. Entre TCOs, índio-estanho-óxido (ITO) tem sido largamente estudada por sua resistividade baixa, mas tem o inconveniente do custo elevado e baixa disponibilidade de índio. A investigação está agora caminhando para índio sistemas livres como 2 SnO F-dopado (FTO), Al-dopado com ZnO (AZO) e F-dopado com ZnO (FZO). Eletrodos capazes de proporcionar uma gestão inteligente da luz incidente (armadilhas de luz) são particularmente interessantes para aplicações fotovoltaicas. Para explorar a possibilidade de dispersão de luz visível por meio de estruturas e morfologias modulados a uma escala comparável com o comprimento de onda da luz (por exemplo, 300-1,000 nm), um bom controlo sobre omorfologia filme e em arquiteturas de montagem de cluster é necessário. Em particular, descreve-se como a afinar a morfologia e estrutura de filmes AZO. Compact AZO depositados a baixa pressão (2 oxigénio Pa) e à temperatura ambiente, é caracterizada por baixa resistividade (4,5 x 10 ohm cm -4) e a transparência da luz visível (&gt; 90%), que é competitiva com AZO depositado a altas temperaturas, enquanto AZO estruturas hierárquicas são obtidos por ablação de O 2 em pressões superiores a 100 Pa. Estas estruturas exibem uma capacidade de espalhamento de luz forte com um factor de névoa de até 80% e mais 22,23.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente / Material </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td></tr><tr><td> Laser pulsado </td><td> Continuum-Quantronix </td><td> Powerlite 8010 </td></tr><tr><td> Medidor de energia </td><td> Coerente </td><td> FieldMaxII-TO </td></tr><tr><td> Ion Gun </td><td> Dep. Mantis </td><td> RFMax60 </td></tr><tr><td> Controlador de fluxo de massa </td><td> Mks </td><td> 2179 ° </td></tr><tr><td> Microbalança de Cristal de Quartzo </td><td> Infcon </td><td> XTC / 2 </td></tr><tr><td> Gás de fundo </td><td> Rivoira-Praxair </td><td> 5,0 oxigênio </td></tr><tr><td> Alvo </td><td> Kurt Lesker </td><td> (Feito a pedido) </td></tr><tr><td> Isopropanol </td><td> Sigma Aldrich </td><td> 190764-2L </td></tr><tr><td> Fonte metros </td><td> Keithley </td><td> K2400 </td></tr><tr><td> Ímã Kit </td><td> Ecopia </td><td> 0.55T-Kit </td></tr><tr><td> Espectrofotômetro </td><td> PerkinElmer </td><td> Lambda 1050 </td></tr></tbody></table>

fabricação de nano-engenharia transparentes Óxidos realização por deposição por laser pulsado

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

Nanossegundo deposição por laser pulsado (PLD), na presença de um gás de fundo permite a deposição de óxidos de metal com sintonizável morfologia, estrutura, densidade e estequiometria de um controlo adequado das plasmáticas dinâmica de expansão da pluma. Tal versatilidade pode ser explorada para produzir filmes nanoestruturados de nanoporoso compacto e denso que caracterizado por um conjunto hierárquico de nano-agregados. Em particular, descrevemos a metodologia detalhada para fabricar dois tipos de Al-ZnO dopados (AZO) filmes como eléctrodos transparentes em dispositivos fotovoltaicos: 1) a baixa pressão de O2, filmes compactos com uma condutividade eléctrica e fechar a transparência óptica do estado da arte óxidos condutores transparentes (TCO) podem ser depositados à temperatura ambiente, para ser compatível com materiais sensíveis ao calor, tais como os polímeros utilizados em células fotovoltaicas orgânicas (OPV), 2) de dispersão de luz altamente estruturas hierárquicas semelhante a uma floresta de nano-árvores são produced a pressões mais elevadas. Estas estruturas mostram factor de Haze elevada (&gt; 80%) e pode ser explorada para aumentar a capacidade de captura de luz. O método aqui descrito para os filmes AZO pode ser aplicado a outros óxidos metálicos relevantes para aplicações tecnológicas, tais como o TiO 2, Al 2 O 3, WO 3 e 4 Ag O 4.

A deposição de AZO pelo PLD em atmosfera de oxigênio produz compactos filmes transparentes condutores com baixa pressão de gás de fundo (ou seja, 2 Pa) e mesoporosos floresta-como estruturas constituídas por conjuntos montados hierarquicamente a altas pressões (ou seja, 160 Pa). O material é constituído por domínios nanocristalinos, cujo tamanho é máxima (30 nm) a 2 Pa 22. Devido a colisões entre as espécies extirpadas e os gases de fundo, a forma eo comprimento ...

Descreve-se o método experimental para depositar finas películas de óxidos nanoestruturados por nanossegundo deposição por laser pulsado (PLD), na presença de um gás de fundo. Ao usar esse método Al-dopados ZnO (AZO) filmes, de compacto para hierarquicamente estruturado como nano-árvores de florestas, pode ser depositado.

Fabricação de Nano-engenharia transparentes Óxidos Realização por deposição por laser pulsado

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

O objetivo do seguinte experimento é ajustar a morfologia e a estrutura do óxido de zinco dopado com alumínio crescido por deposição a laser pulsado para aplicações fotovoltaicas. Isso é alcançado mediante ablação, por pulsos a laser de nanossegundos, de um alvo de óxido de zinco e óxido de alumínio, produzindo uma pluma de espécies atômicas ejetadas do alvo como segundo passo. A pressão do gás de fundo durante a ablação é controlada para ajustar o processo de deposição.Em seguida, filmes de óxido de zinco dopado com alumínio, compactos ou com estrutura hierárquica nanoporosa, são cultivados dependendo da pressão do gás; os resultados obtidos demonstram alta transparência para estruturas compactas e destacam o espalhamento para as estruturas hierárquicas. A principal vantagem dessa técnica reside na versatilidade, na obtenção de diferentes morfologias estruturais, desde filmes compactos até sistemas semelhantes a florestas nanoporosas. Além disso, este procedimento também pode ser aplicado a uma variedade de metais e óxidos.Este método pode ajudar a produzir novos materiais de possível interesse em foto vol tanques, como eletrodos transparentes com forte capacidade de dispersão da

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Laser femtosegundo escrita direta é freqüentemente usado para criar tridimensionais (3D) em polímeros padrões e óculos. No entanto, os metais de padronização em 3D continua a ser um desafio. Descreve-se um método para a fabricação de nanoestruturas de prata embutido no interior de uma matriz de polímero usando um laser de femtosegundos centrado em 800 nm.

Um método para fabricar nanoestruturas de prata desconectados em 3D

Descreve-se a utilização de deposição de laser pulsado (PLD), e as técnicas de fotolitografia fio de ligação para criar dispositivos de óxidos complexos escala micrométrica. A PLD é utilizado para crescer finas películas epitaxiais. Técnicas de fotolitografia e fios de ligação são introduzidos para criar dispositivos práticos para fins de medição.

Fabricação de óxidos complexos espacialmente confinados

As nanoestruturas de óxido oferecem novas oportunidades para a ciência e a tecnologia.  A condutividade interfacial entre LaAlO3 e SrTiO3 pode ser controlada com precisão quase atômica usando uma técnica de microscopia de força atômica condutiva.  O protocolo para criar e medir nanoestruturas condutoras nas interfaces LaAlO3 / SrTiO3 é demonstrado.

Escrita e Caracterização baixa temperatura de óxido de Nanoestruturas

Vários procedimentos estão descritos para preparar modelos atomicamente definidas para o crescimento epitaxial de óxido complexo de filmes finos. Os tratamentos químicos de único SrTiO cristalino 3 (001) e DyScO 3 (110) substratos foram realizados para obter individuais superfícies suaves atomicamente, terminadas. Ca 2 Nb 3 O 10 - nanofolhas foram usadas para criar templates atomicamente definidos em substratos arbitrárias.

Templates atomicamente definidos para crescimento epitaxial do Complexo Óxido Filmes Finos

Este protocolo descreve a síntese e deposição de camada de solução de nanocristais inorgânico por camada para produzir electrónica de película fina sobre as superfícies não condutoras. tintas solventes estabilizada pode produzir dispositivos fotovoltaicos completos sobre substratos de vidro por meio de revestimento por rotação e pulverização seguintes troca de ligantes pós-deposição e sinterização.

Fabricação de Solução totalmente processado inorgânicos nanocristais fotovoltaicos Devices

Estruturas de colunar de óxido de zinco na forma de barras são sintetizadas por deposição de vapor químico assistida por aerossol sem o uso de partículas de catalisador-semente previamente depositadas. Este método é escalável e compatível com vários substratos baseados em silício, quartzo ou polímeros.

Aerossol-assistida de deposição de Vapor químico de estruturas de óxido de Metal: hastes de óxido de zinco

Apresentamos um método detalhado para fabricar filmes cor ultra-fino com características melhoradas para revestimentos ópticos. A técnica de deposição de ângulo oblíquo usando um evaporador de feixe de elétrons permite pré-definido de cor melhorada e pureza. Filmes fabricados de Ge e Au em substratos de Si foram analisados por medições de reflectância e conversão de informação de cor.

Fabricação de filmes de cor ultra-fino com altamente absorvente Media usando ângulo oblíquo deposição

Podemos fabricar metal/LaAlO3/SrTiO3 estende usando uma combinação de deposição do laser pulsado e em situ magnétron que sputtering. Através de magnetotransport e em situ x-ray Spectroscopy espectroscopia experiências, vamos investigar a interação entre fenômenos eletrostáticos e químicas do gás quase elétron bidimensional formado neste sistema.

Crescimento e eletrostático química/Propriedades de Metal/LaAlO3/SrTiO3 estende

A síntese de massa de alta qualidade e película fina (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O e (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) Óxidos de entropia-estabilizado O é apresentado.

Granel e síntese de película fina de óxidos de entropia-estabilizado em termos de composição variantes

Os materiais óxidos apresentam muitas propriedades exóticas que podem ser controladas pelo ajuste do teor de oxigênio. Aqui, demonstramos a sintonia do conteúdo de oxigênio em óxidos variando os parâmetros de deposição do laser pulsado e realizando o pós-recozimento. Como exemplo, as propriedades eletrônicas de heteroestruturas baseadas em SrTiO3 são ajustadas por modificações de crescimento e recozimento.

Ajuste das propriedades do óxido pelo controle de vacância de oxigênio durante o crescimento e recozimento

Aqui, nós apresentamos um protocolo para o depósito das películas do óxido do nióbio pelo sputtering reactivo com taxas de fluxo diferentes do oxigênio para o uso como uma camada do transporte do elétron em pilhas solares do perovskita.

Óxido de nióbio filmes depositados por sputtering reativa: efeito da taxa de fluxo de oxigênio

Aprenda a depositar filmes finos de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO) por deposição por laser pulsado, controlando a pressão do gás de fundo para obter estruturas compactas transparentes ou florestas nano-porosas com espalhamento de luz.

Fabricação de Nano-engenharia transparentes Óxidos Realização por deposição por laser pulsado

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