Без косточек Рост Висмут Nanowire массив с помощью вакуумного термического испарения

Общая цель данной экспериментальной процедуры заключается в масштабируемом выращивании монокристаллических нанопроволок висмута методом термического испарения в высоком вакууме. Этот метод может быть использован для синтеза высококачественных наноструктур висмута с высоким выходом. Данный материал представляет большой интерес для исследований в области полупроводниковой электроники.

Основным преимуществом данного метода является отсутствие катализаторов или зародышей, а также проведение процедуры синтеза в высоком вакууме, что обеспечивает сверхвысокую чистоту формируемого нанопровода. Этот метод позволяет понять, как нанопористость индуцирует спонтанный рост нанопроводов, однако он также может быть применим к другим системам с низкой температурой плавления, таким как индий и олово. Для начала работы выпустите воздух в камеру осаждения до атмосферного давления и откройте её.

Сброс вакуума осуществляется путем нажатия кнопки start PC venting в интерфейсе управляющего программного обеспечения, что автоматически запускает последовательность действий по выравниванию давления в камере с атмосферным. По достижении атмосферного давления откройте камеру, потянув за переднюю дверцу доступа.

Затем установите вольфрамовую лодочку для испарения между парой электродов термического испарения. Поместите один грамм гранул висмута в лодочку для испарения и установите мишень из ванадия в источник магнетронного распыления. Далее подключите мини-разъемы типа «банан» контроллера температуры с замкнутым контуром к электрическому выводу системы осаждения.

Для очистки подложек для выращивания кислородной плазмой поместите подложки в установку для плазменной очистки и откачайте камеру, нажав кнопку vac on, до базового давления 10 millitorr. Откройте клапан подачи кислорода и введите кислород в камеру, нажав кнопку gas on на передней панели. Отрегулируйте скорость потока с помощью кнопок INCR и DECR управления потоком газа, чтобы поддерживать давление в камере на уровне около 100 millitorr.

Затем установите мощность плазмы на уровне 20 watts, нажимая кнопки INCR и DECR для управления мощностью, и зажгите плазму, нажав кнопку RF on. Подождите пять минут, прежде чем выключить плазму нажатием кнопки RF on. Затем сбросьте вакуум в камере, нажав кнопку bleed, после чего извлеките подложки для загрузки новых подложек.

Сначала установите узел контроля температуры подложки на держатель подложки. С помощью пружинных зажимов закрепите подложки для выращивания поверх узла охлаждения/нагрева на элементах Пельтье. Затем установите полностью собранный держатель подложки в камеру осаждения из паровой фазы.

Установив подложки стороной к источникам осаждения, подключите электрические выводы к узлу охлаждения/нагрева Пельтье. Закройте заслонку подложки, чтобы избежать непреднамеренного осаждения на неё материала. Затем начните откачку из камеры осаждения.

Откачка осуществляется путем нажатия кнопки «start PC pumping» в интерфейсе управляющего программного обеспечения, что автоматически запускает последовательность откачки камеры до базового давления для осаждения ванадия с помощью источника магнетронного распыления. Запустите поток аргона в источнике распыления. Установите скорость потока в диапазоне от 40 до 50 стандартных кубических сантиметров в минуту. Отрегулируйте скорость вращения турбомолекулярных насосов для достижения давления в камере от 2,5 до 3 мТорр по мере постепенного установления стационарного давления в камере.

Установите калибровочные коэффициенты толщины для кварцевых микровесов (QCM) для ванадия. Плотность составляет 5.96 grams per cubic centimeter, а Z-фактор — 0.530. Включите источник магнетронного распыления постоянного тока и установите мощность в диапазоне от 200 до 250 watts, не открывая заслонку подложки.

Оставьте источник включенным на две минуты. Откройте заслонку подложки, чтобы начать осаждение ванадия. Тем временем сбросьте накопленную толщину на QCM до нуля.

Продолжайте осаждение до достижения видимой толщины 20 nanometers согласно показаниям QCM. Затем закройте заслонку подложки и постепенно снизьте мощность распыления до нуля. После этого выключите источник и перекройте подачу argon.

Наконец, верните турбомолекулярный насос на полную мощность. Очень важно, чтобы температура подложки поддерживалась стабильно и точно, так как линии нановируса сильно зависят от температуры. Для осаждения висмута при температурах выше или ниже комнатной установите желаемое значение на контроллере температуры. Дождитесь достижения заданной температуры.

Установите калибровочные коэффициенты толщины для висмута в системе QCM. Плотность составляет 9.78 grams per cubic centimeter, а Z-фактор — 0.790. Включите источник питания термического испарения для источника висмута.

Затем медленно увеличивайте мощность нагрева вольфрамовой лодочки до достижения скорости осаждения 2 Å/с. Согласно показаниям QCM, сбросьте накопленную толщину на QCM до нуля. Одновременно с этим откройте заслонку подложки, чтобы начать осаждение висмута.

Продолжайте осаждение до достижения видимой толщины 50 nanometers. Затем закройте заслонку подложки. Постепенно снижайте мощность термического испарения до нуля.

Выключите источник. Отключите питание нагревателя термоэлектрического охлаждения. Сбросьте давление в камере осаждения до атмосферного и откройте камеру.

Наконец, извлеките держатель подложек и соберите подложки, покрытые висмутовыми нанопроволоками. Здесь представлены изображения поперечного сечения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), для подслоев ванадия, сформированных методами магнетронного распыления и термического испарения. Также представлены СЭМ-изображения висмутовых нанопроволок, сформированных при различных температурах подложки.

Кристаллическая структура висмутовых нанопроволок определена с помощью просвечивающей электронной микроскопии, дифракции электронов на выбранной области и рентгеновской дифракции. Элементный анализ методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии показывает, что висмутовые нанопроволоки не образуют сплав с подслоем ванадия. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о методе селективного роста.

Создание монокристаллических нанопроволок методом термического испарения в высоком вакууме требует точного контроля температуры подложки, так как она может существенно повлиять на размеры нанопроволок. Низкое базовое давление также имеет решающее значение для предотвращения окисления осажденных материалов после их формирования. Данный метод открыл исследователям в области физического синтеза наноструктур возможность использовать поверхностную энергию в качестве движущей силы для получения высококачественных и гиперструктурированных нанообъектов.