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Engineering

निर्माण की स्पंदित लेजर बयान से पारदर्शी आयोजन ऑक्साइड नैनो इंजीनियर

Published: February 27, 2013 doi: 10.3791/50297
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1,2, 1
1Department of Energy and NEMAS - Center for NanoEngineered Materials and Surfaces, Politecnico di Milano, 2Center for Nano Science and Technology, Instituto Italiano di Tecnologia

Summary

हम nanosecond स्पंदित लेजर बयान (PLD) द्वारा एक पृष्ठभूमि गैस की उपस्थिति में nanostructured ऑक्साइड पतली फिल्मों जमा प्रयोगात्मक विधि का वर्णन है. अल doped ZnO फिल्मों (AZO) इस विधि का उपयोग करके, कॉम्पैक्ट से पदानुक्रम नैनो पेड़ के जंगलों के रूप में संरचित करने के लिए जमा किया जा सकता है.

Abstract

Nanosecond एक पृष्ठभूमि गैस की उपस्थिति में स्पंदित लेजर बयान (PLD) tunable आकारिकी, संरचना, घनत्व और प्लाज्मा पंख विस्तार गतिशीलता का एक उचित नियंत्रण से stoichiometry के साथ धातु आक्साइड के बयान की अनुमति देता है. ऐसे बहुमुखी प्रतिभा के लिए कॉम्पैक्ट और घने नैनो आकार के समूहों की एक पदानुक्रमित विधानसभा द्वारा विशेषता nanoporous से nanostructured फिल्मों का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हम विशेष रूप से विस्तृत पद्धति फोटोवोल्टिक उपकरणों में पारदर्शी इलेक्ट्रोड के रूप में अल doped ZnO फिल्मों (AZO) के दो प्रकार के निर्माण का वर्णन: कम हे 2 दबाव में 1), विद्युत चालकता और कला के राज्य के लिए ऑप्टिकल पारदर्शिता बंद के साथ कॉम्पैक्ट फिल्मों पारदर्शी संचालन आक्साइड (TCO) कमरे के तापमान पर जमा किया जा सकता है, thermally संवेदनशील जैविक photovoltaics (OPVs) में इस्तेमाल किया पॉलिमर जैसे सामग्री के साथ संगत, 2) अत्यधिक प्रकाश बिखरने पदानुक्रमित संरचनाओं नैनो के पेड़ के एक जंगल जैसी ठेसउच्च दबाव पर uced. ऐसी संरचनाओं उच्च दिखाना धुंध कारक (> 80%) और प्रकाश को फँसाने की क्षमता को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. यहाँ AZO फिल्मों के लिए वर्णित विधि अन्य धातु आक्साइड TiO 2, अल 2 3 हे, 3 WO और एजी 4 4 हे के रूप में इस तरह के तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए प्रासंगिक के लिए लागू किया जा सकता है.

Introduction

स्पंदित लेजर बयान (PLD) एक ठोस लक्ष्य ablated प्रजाति है जो एक फिल्म (चित्रा 1 देखें) 1 बढ़ने के लिए एक सब्सट्रेट पर जमा किया जा सकता है की एक प्लाज्मा के गठन में जो परिणाम के लेजर पृथक कार्यरत हैं. एक पृष्ठभूमि वातावरण (निष्क्रिय या प्रतिक्रियाशील) के साथ बातचीत करने के लिए गैस (चित्रा 2 देखें) चरण 2,3 में सजातीय क्लस्टर nucleation प्रेरित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. PLD द्वारा सामग्री संश्लेषण के लिए हमारी रणनीति ध्यान से प्लाज्मा PLD प्रक्रिया में उत्पन्न गतिशीलता को नियंत्रित करने के द्वारा एक नीचे अप दृष्टिकोण में गुण सामग्री की ट्यूनिंग पर आधारित है. क्लस्टर आकार, गतिज ऊर्जा और रचना बयान मापदंडों जो फिल्म और morphological और संरचनात्मक 4,5 परिवर्तन में वृद्धि के परिणाम को प्रभावित करने का एक उचित सेटिंग के द्वारा अलग किया जा सकता है. शोषण करके विधि यहाँ वर्णित हम आक्साइड के एक नंबर के लिए प्रदर्शन, (जैसे WO 3, 4 एजी हे 4, अल 2 3 हेएन डी TiO 2), morphology धुन क्षमता, घनत्व, porosity nanoscale 6-11 सामग्री संरचना संशोधित करके, संरचनात्मक आदेश, stoichiometry और चरण की डिग्री. यह विशिष्ट 12-16 अनुप्रयोगों के लिए सामग्री की डिजाइन की अनुमति देता है. फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के संदर्भ के साथ, हम nanostructured TiO 2 पदानुक्रम कोडांतरण नैनोकणों (<10 एनएम) द्वारा आयोजित एक नैनो और mesostructure है कि 13 दिलचस्प परिणाम दिखा रहा है जब डाई अवगत सौर कोशिकाओं में photoanodes के रूप में कार्यरत एक 'पेड़ों के जंगल' जैसा दिखता है (DSSC में संश्लेषित ) 17. इन पिछले परिणामों के आधार पर हम एक पारदर्शी संचालन ऑक्साइड के रूप में अल doped ZnO (AZO) फिल्मों के बयान के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन करता है.

पारदर्शी आयोजन आक्साइड (TCOs) उच्च (> 3 eV) bandgap भारी डोपिंग द्वारा कंडक्टर में परिवर्तित सामग्री, प्रतिरोधकता <10 -3 ओम सेमी और 80% से अधिक ऑप्टिकल transmi प्रदर्शित कर रहे हैंदिखाई रेंज में ttance. वे स्पर्श स्क्रीन और सौर कोशिकाओं 18-21 जैसे कई अनुप्रयोगों के लिए एक प्रमुख तत्व हैं और वे आम तौर पर sputtering, स्पंदित लेजर बयान, रासायनिक वाष्प जमाव, स्प्रे pyrolysis और समाधान आधारित रासायनिक तरीकों के साथ के रूप में विभिन्न तकनीकों द्वारा बड़े हो रहे हैं. TCOs के अलावा, ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) व्यापक रूप से किया गया है इसकी कम प्रतिरोधकता के लिए अध्ययन किया लेकिन उच्च लागत और ईण्डीयुम की कम उपलब्धता की कमी से ग्रस्त है. अनुसंधान अब F-doped SNO 2 (FTO), अल doped ZnO (AZO) और F-doped ZnO (FZO) के रूप में ईण्डीयुम मुक्त प्रणाली की दिशा में बढ़ रहा है.

घटना प्रकाश का एक बुद्धिमान प्रबंधन (प्रकाश को फँसाने) प्रदान करने के लिए सक्षम इलेक्ट्रोड फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से दिलचस्प हैं. संरचनाओं और morphologies एक पैमाने पर संग्राहक प्रकाश की तरंगदैर्ध्य (जैसे 300-1,000 एनएम), पर अच्छा नियंत्रण तुलनीय के माध्यम से तितर बितर प्रकाश दिखाई संभावना का फायदा उठाने केफिल्म और क्लस्टर विधानसभा आर्किटेक्चर पर आकारिकी की जरूरत है.

हम विशेष रूप से वर्णन कैसे आकारिकी और AZO फिल्मों की संरचना धुन. कॉम्पैक्ट AZO कम दबाव (2 पा ऑक्सीजन) में और कमरे के तापमान पर जमा कम (4.5 x 10 -4 ओम सेमी) प्रतिरोधकता और दृश्य प्रकाश (> 90%) पारदर्शिता जो AZO उच्च तापमान पर जमा के साथ प्रतिस्पर्धात्मक है की विशेषता है, जबकि AZO सौपानिक संरचना हे फोनों 100 के ऊपर 2 दबाव ablating इन संरचनाओं धुन्ध कारक के साथ एक मजबूत प्रकाश बिखरने क्षमता प्रदर्शित करने के लिए 80% और अधिक 22,23 द्वारा प्राप्त कर रहे हैं.

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Protocol

1. सब्सट्रेट तैयारी

  1. एक सी वफ़र से 1 सेमी एक्स 1 सेमी सिलिकॉन substrates कट, सिलिकॉन SEM लक्षण वर्णन (विमान दृश्य और पार अनुभाग) के लिए अच्छा है.
  2. 1 सेमी एक्स 1 सेमी ग्लास (सोडा, नींबू, 1 मिमी मोटी) कट, कांच ऑप्टिकल और बिजली के लक्षण वर्णन के लिए इष्टतम है.
  3. यदि संपर्क substrates कांच पर की जरूरत है, Au संपर्कों का उपयोग करते हुए एक मुखौटा निर्वात में सुखाया जा सकता है. जमा Au, जमा Au के 50 एनएम के आसंजन में सुधार interlayer के रूप में 10 करोड़ रुपए के एनएम.
  4. 1 सेमी x 1 सेमी बहुलक नमूना कट (ईथीलीन Tetrafluoroethylene जैसे, ETFE).
  5. 5-10 मिनट लिए isopropanol में sonicating substrates स्वच्छ और isopropanol, सूखी कुल्ला एक एन 2 प्रवाह का उपयोग.

2. लेजर और लेजर मापदण्डों के संरेखण चयन

  1. एन डी वार्म अप: YAG लेजर और एक चौथे हार्मोनिक जनरेटर (FHG) का उपयोग करके चयन करें चतुर्थ हार्मोनिक उत्सर्जन (266 एनएम तरंगदैर्ध्य) से दो द्वारा गठितcond झरना में हार्मोनिक जनरेटर (एसएचजी).
  2. एक 2% wt माउंट. अल 2 3 हे. ZnO लक्ष्य मैनिप्युलेटर पर परिपत्र लक्ष्य (2 "व्यास) लक्ष्य के केंद्र में लेजर हाजिर पंक्ति, लक्ष्य रोटेशन और अनुवाद शुरू करने के लिए और अधिकतम ऊर्ध्वाधर सीमा सेट जाँच करें कि छू लेजर हाजिर बाहरी कभी नहीं. स्टील की अंगूठी के लिए लक्ष्य तय किया लक्ष्य एक रोटो translational पूरे लक्ष्य सतह के समान पृथक गति के साथ ले जाया जाता है.
  3. पुनरावृत्ति (जैसे 10 हर्ट्ज) दर और पल्स ऊर्जा (जैसे MJ 75) का चयन करें. एक बिजली मीटर द्वारा पल्स ऊर्जा और मॉनिटर लेजर स्थिरता समायोजित करें.
  4. चयनित स्थिति के लिए ध्यान केंद्रित लेंस ले जाएँ और संवेदनशील लक्ष्य से जुड़ी स्थान आकार को मापने के कागज का एक टुकड़ा का उपयोग करें. ध्यान केंद्रित लेंस कागज पर आग 1-5 लेजर दृश्यों की किसी भी स्थिति के लिए. एक लेंस जम्मू / 1 के बारे में 2 सेमी की एक लेजर fluence की स्थिति का चयन करें.

3. स्थापना PLD एकबयान मापदण्डों के घ चयन

  1. सब्सट्रेट स्थिति के संरेखण
    1. संरेखण परीक्षण के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में 2 "व्यास के बारे में एक परिपत्र कागज पत्र माउंट.
    2. एक लक्ष्य सब्सट्रेट दूरी घ टीएस = 50 मिमी सब्सट्रेट धारक हटो.
    3. नीचे प्राथमिक और turbomolecular पंपों के साथ कक्ष पम्पिंग शुरू वैक्यूम स्तर तक 10 -2 फोनों पहुँचता
    4. एक प्रकार गैस (यानी ऑक्सीजन) का चयन करें और गति और गैस के प्रवाह पंप समायोजित उचित गैस के दबाव (4 वर्गों और 5 देखें). पंख केंद्र के लिए एक परिपत्र प्रभामंडल पर वर्दी फिल्म मोटाई प्राप्त करने के लिए सम्मान के साथ सब्सट्रेट मैनिप्युलेटर बंद अक्ष के xy स्थिति को समायोजित करें.
    5. बीम मीटर / डाट शक्ति को हटाने के द्वारा पृथक शुरू करो. यदि लक्ष्य नया है या अगर यह लंबे समय के लिए नहीं किया था, इस पृथक पूर्व करने के लिए लक्ष्य को साफ करने के लिए आवश्यक है.
    6. पृथक बंद जब एक जमा पेप पर देखा जा सकता हैr एक viewport से देख रहे हैं.
  2. प्लाज्मा पंख लंबाई के निर्धारण
    1. 3.1.1 चरणों का पालन करें. अलग प्लाज्मा plumes पर 1 सेकंड संचय समय औसत - 3.1.5, पृथक दौरान 0.5 के साथ एक डिजिटल कैमरा के साथ तस्वीरें ले लो.
    2. एक संदर्भ (चित्र देखें 3) के रूप में टीएस लेने चित्रों से दिखाई प्लाज्मा पंख लंबाई उपाय.
  3. फिल्म मोटाई के अंशांकन
    1. सब्सट्रेट लक्ष्य (यानी 100 मिमी और अधिक) से दूर हटो एक लक्ष्य से घ टीएस के बराबर दूरी पर क्वार्ट्ज बैलेंस माइक्रो (QCM) को स्थानांतरित.
    2. जमा लेजर 1000 (1 यानी '40'') शॉट्स और जमा जन मूल्य को मापने, तो QCM दूर हटो.
    3. 1.1 के रूप में एक सी सब्सट्रेट माउंट.
    4. एक परीक्षण के नमूने जमा (जैसे 18,000 लेजर दृश्यों, यानी 30 ') और ग क्रॉस अनुभागीय SEM छवियों का उपयोगalibrate बयान दर (एनएम / नाड़ी).

4. Nanoengineered AZO फिल्म्स के बयान

  1. चिपकने वाला टेप का उपयोग करके नमूना धारक मैनिप्युलेटर पर धारा 1 के रूप में तैयार substrates माउंट.
  2. 3.1.3 - 3.1.2 चरणों का पालन करें.
  3. शुरू सब्सट्रेट रोटेशन.
  4. कॉम्पैक्ट AZO फिल्मों के बयान
    1. 100 eV, आरएफ शक्ति आयन बंदूक और आयन ऊर्जा सेट पर 75-100 डब्ल्यू और 20 SCCM दबाव (10 -2 पा रेंज में है) में गैस एर प्रवाह में स्विच करें. गिरफ्तारी के साथ स्वच्छ substrates + 5-10 मिनट के लिए आयन बंदूक. सफाई उपचार करीब गैस इनलेट के बाद और नीचे करने के लिए आर्गन को दूर करने के लिए चैम्बर पंप.
    2. आक्सीजन गैस डालें और गति और गैस प्रवाह पंप 2 पा ऑक्सीजन समायोजित.
    3. शुरू 18,000 शॉट्स (30 ') के लिए पृथक जमा. पृथक चेक दौरान है कि पंख लंबाई एक ही है के रूप में 3.2 चरण में निर्धारित.
    4. को रोकने के पृथक, करीब छइनलेट के रूप में नीचे कक्ष पंप.
  5. पदानुक्रम संरचित AZO फिल्मों के बयान
    1. आक्सीजन गैस डालें और गति और गैस के प्रवाह पंप 160 पा ऑक्सीजन समायोजित.
    2. शुरू 18,000 शॉट्स (30 ') के लिए पृथक जमा. पृथक चेक दौरान है कि पंख लंबाई एक ही है के रूप में 3.2 चरण में निर्धारित.
    3. पृथक, पास गैस इनलेट रोकने, नीचे कक्ष पंप.
  6. कक्ष वेंट और नमूने निकालना

5. इलेक्ट्रिकल और ऑप्टिकल लक्षण

  1. में विमान परिवहन चार जांच तकनीकों (यानी वान डेर Pauw विधि) का उपयोग कर गुणों को मापने. संपर्कों की एक योजना के लिए चित्रा 4 देखें. जांच वर्तमान की विशिष्ट मूल्यों 1 10 MA रेंज μA में हैं. माप एक नमूना 0.7 x 0.7 सेमी करने के लिए कम करने के लिए एक बेहतर मोटाई एकरूपता (5%) सुनिश्चित करने के क्षेत्र पर किया जाता है.
  2. Optica को मापेंनमूना और नंगे सब्सट्रेट के एल संप्रेषण. 1 अंतरफलक / कांच फिल्म में तीव्रता की स्थापना द्वारा स्पेक्ट्रा सब्सट्रेट योगदान के लिए सही. एक सटीक सुधार प्रक्रिया के लिए यह सुनिश्चित करें कि नमूना गिलास घटना बीम का सामना करना पड़ सब्सट्रेट के साथ मुहिम शुरू की है. 400-700 एनएम रेंज में औसत संप्रेषण की गणना से दृश्यमान प्रकाश पारदर्शिता का निर्धारण करते हैं. 150 मिमी व्यास एकीकृत क्षेत्र प्रयोग प्रकाश के बिखरे हुए अंश को मापने के, धुंध कारक कुल प्रेषित प्रकाश (यानी बिखरे हुए है और आगे प्रेषित) बिखरे हुए अंश विभाजित करके गणना की जा सकती है, चित्रा 5 देखें.

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Representative Results

ऑक्सीजन वातावरण में PLD AZO के बयान कम पृष्ठभूमि गैस (यानी पा 2) के दबाव और mesoporous जंगल की तरह उच्च दबाव (यानी 160 Pa) में पदानुक्रम इकट्ठे समूहों के द्वारा गठित संरचनाओं में कॉम्पैक्ट पारदर्शी संचालन फिल्मों का उत्पादन. सामग्री nanocrystalline डोमेन जिसका आकार पर अधिकतम पा 2 22 (30 एनएम) द्वारा गठित है.

Ablated प्रजातियों और पृष्ठभूमि गैस के बीच टकराव के कारण और प्लाज्मा पंख के आकार और लंबाई चैम्बर में ऑक्सीजन दबाव के साथ काफी भिन्न होता है. (2 चित्रा और चित्रा 3 में तस्वीरों में योजना देखें). इन घटनाओं के परिणाम के रूप में, दो बयान शासनों पहचाना जा सकता है: कम दबाव पर (<10 Pa) फिल्म विकास परमाणु द्वारा परमाणु, उच्च बयान गतिज ऊर्जा फैशन में जगह लेता है, एक स्तंभ का orthogonal संरचना के साथ कॉम्पैक्ट फिल्मों में जिसके परिणामस्वरूप सब्सट्रेट (सतहचित्रा 6). उच्च दबाव पर (> 10 पा), गैस चरण में nanosized समूहों नाभिक और कम गतिज पंख भीतर टकराव के कारण ऊर्जा के साथ सब्सट्रेट पर टकराना: समूहों को झरझरा पदानुक्रमित एक नैनो वन (चित्रा 6) जैसी संरचनाओं का निर्माण.

ऑक्सीजन बयान में प्रदर्शन भी stoichiometry की फिल्म में नियंत्रण की अनुमति देता है: बयान पर दबाव कम ऑक्सीजन रिक्तियों का एक महत्वपूर्ण राशि प्रवाहकत्त्व इलेक्ट्रॉन के साथ सामग्री प्रदान करता है. 2 फोनों के लिए, जहां वाहक गतिशीलता उच्चतम है की एक इष्टतम दबाव में बयान, विद्युत प्रतिरोधकता के बारे में 5 x 10 -4 Ω सेमी है. ऐसी सामग्री कॉम्पैक्ट TCO के रूप में आवेदन के लिए प्रतिस्पर्धी है, इसकी उच्च दिखाई पारदर्शिता (85%, रेंज 400-700 एनएम में औसत मूल्य) की वजह से है, कमरे के तापमान बयान के बावजूद में (चित्र देखें 7).

उच्च दबाव में, स्थानीय stoichiometry आदेश हासिल की है और सामग्री हैदोषों की एक छोटी सी एकाग्रता है, जो दिखाई पारदर्शिता (> 90%) में सुधार के द्वारा विशेषता है. इसके अलावा, उच्च दबाव में हो नमूनों की mesoscale porosity ब्याज की तरंगदैर्ध्य रेंज (300-1,000 एनएम) 85% से अधिक एक धुन्ध (बिखरे हुए संक्रमित फोटॉन अनुपात) रेंज में कारक 400-700 एनएम में जिसके परिणामस्वरूप में प्रकाश बिखरने अधिकतम (7 चित्रा). बिजली के गुणों जोरदार बयान मापदंडों (यानी ऑक्सीजन दबाव) से संबंधित हैं. कॉम्पैक्ट से nanoporous फिल्मों के लिए चल रहा है, प्रतिरोधकता में एक वृद्धि मनाया है, मुख्य रूप से फिल्म कनेक्टिविटी के निचले डिग्री के कारण. नतीजतन, झरझरा फिल्मों ऑक्सीजन 100 पा शो कम चालकता (प्रतिरोधकता 10 6 Ω सेमी की व्यवस्था की है) की तुलना में अधिक दबाव में हो और इस तरह आगे अनुकूलन की जरूरत है. करने के लिए morphology और stoichio के एक स्वतंत्र नियंत्रण प्राप्त करने के लिए: चालकता एक संभव रणनीति में सुधार फिल्मों (2 हे Ar) मिश्रित गैस वायुमंडल में बढ़ रही द्वारा प्रतिनिधित्व किया हैmetry. 100 के कुल दबाव का प्रयोग पा (Ar 98 फोनों और ओ 2 2 पा के आंशिक दबाव के आंशिक दबाव) 100 Ω सेमी के आदेश की फिल्म resistivities प्राप्त करने की अनुमति देता है.

चित्रा 1
चित्रा 1. स्पंदित लेजर बयान तंत्र की योजना.

चित्रा 2
चित्रा 2. शून्य में और निष्क्रिय और प्रतिक्रियाशील गैसों की उपस्थिति में बयान प्रक्रिया का सचित्र दृश्य.

चित्रा 3
चित्रा 3. प्लाज्मा पंख के चित्र 2 पा ऑक्सीजन (बाएं) और 160 पा ऑक्सीजन (दाएं). सब्सट्रेट दूरी के लक्ष्य 50 मिमी है.

चित्रा 4
चित्रा 4. चार बिंदु जांच बिजली के माप (वान डेर Pauw) के लिए संपर्क की योजना.

चित्रा 5
चित्रा 5. धुंध कारक (एच) के माप के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व, टी कुल प्रेषित प्रकाश (आगे और बिखरे हुए प्रकाश प्रेषित) और एस बिखरे घटक है.

चित्रा 6
6 चित्रा. क्रॉस AZO अनुभागीय SEM तस्वीरों के फिल्मों में जमा 2 पा ऑक्सीजन (बाएं) और 30 मिनट के लिए 160 पा ऑक्सीजन (दाएं).

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चित्रा 7. ऑप्टिकल (400 एनएम में औसत मूल्य - 700 एनएम रेंज) संप्रेषण और धुंध कारक (ऊपर) और बिजली (नीचे) प्रतिरोधकता ऑक्सीजन पृष्ठभूमि दबाव के एक समारोह के रूप में.

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Discussion

प्लाज्मा पंख आकार बारीकी से पृथक प्रक्रिया से संबंधित है, विशेष रूप से एक गैस की उपस्थिति में, दृश्य निरीक्षण प्लाज्मा पंख निगरानी बयान को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है. जब एक ऑक्साइड लक्ष्य ablating द्वारा जमा एक धातु ऑक्साइड, ऑक्सीजन पृथक प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीजन नुकसान का समर्थन की जरूरत है. कम ऑक्सीजन पृष्ठभूमि गैस के दबाव, सामग्री जमा ऑक्सीजन रिक्तियों हो सकता है. इस आशय गैस के दबाव में वृद्धि से कम है. (2 हे या वह: यानी Ar 2 हे) आकारिकी गैस के मिश्रण से stoichiometry अलग करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है: अक्रिय गैस आकारिकी, प्रतिक्रियाशील गैस धुन करने के लिए संरचना और stoichiometry धुन. निर्वात में PLD या कम पृष्ठभूमि गैस दबाव (आमतौर पर कुछ पा से कम) में आम तौर पर उच्च ablated प्रजातियों की गतिज ऊर्जा (eV / परमाणु के सैकड़ों) अर्थात् बयान की ओर जाता है. यह आंतरिक तनाव के संचय में परिणाम जो अंततः फिल्म delaminati करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं कर सकते हैंपर. हम AZO के मामले में पाया कि ए.आर. (4.4.1 कदम) आयनों बयान करने से पहले सब्सट्रेट के साथ बमबारी करने के लिए इस तरह की समस्याओं से बचने के लिए मौलिक है. इसके विपरीत, delamination nanoporous कम ऊर्जा बयान उच्च पृष्ठभूमि गैस दबाव और एक खुला झरझरा फिल्म संरचना की इसी वृद्धि पर होने वाली व्यवस्थाओं के कारण फिल्मों के लिए एक मुद्दा नहीं है.

यहाँ प्रस्तावित पद्धति अन्य धातु और धातु आक्साइड 24 के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर, जब एक पृष्ठभूमि गैस की उपस्थिति में ablating, दिखाई प्लाज्मा पंख लंबाई के लिए सम्मान के साथ सब्सट्रेट के रिश्तेदार की स्थिति है. दिखाई पंख लंबाई, के रूप में यह डिजिटल चित्रों से मापा जा सकता है, प्लाज्मा 25 विस्तार के दौरान अधिकतम सदमे सामने से दूरी तक पहुँच के लिए मेल खाती है. एक सदमे सामने के गठन के लिए शर्तें ablated सामग्री, लेजर fluence और गैस के प्रकार और दबाव पर निर्भर करते हैं. ठेठ पंख के साथ आकारएक अच्छी तरह से परिभाषित बढ़त के रूप में 3 चित्रा (दाएं) में उदाहरण के लिए दिखाया गया है, सदमे सामने गठन का एक उदाहरण है. अधिक कॉम्पैक्ट morphologies सब्सट्रेट करने के लिए लक्ष्य पंख लंबाई की तुलना में कम दूरी का चयन है, है जबकि अधिक खुला और झरझरा फिल्मों एक सब्सट्रेट लक्ष्य पंख 6 लंबाई की तुलना में लंबी दूरी के साथ प्राप्त कर रहे हैं के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है.

संभव सीमाओं अधिकतम नमूना क्षेत्र से संबंधित हैं. सब्सट्रेट गति के बिना ठेठ नमूना क्षेत्र 2 एक्स 2 सेमी ऊपर है. सब्सट्रेट धारक, नमूना क्षेत्रों में 4 सेमी की एक उचित रोटेशन बंद अक्ष x 4 सेमी या 3 सेमी x 3 सेमी एक अच्छा एकरूपता (10% के भीतर मोटाई परिवर्तन) के साथ 26 का उत्पादन किया जा सकता है. एक समान एकरूपता AZO फिल्मों (यानी 1cmx1cm के लिए 10%) पर प्राप्त किया गया था. जमा दर जोरदार बयान मानकों पर निर्भर है, वर्तमान मामले में एक घूर्णन सब्सट्रेट धारक के साथ AZO की वृद्धि दर के बारे में 14 / कॉम्पैक्ट फिल्मों और 50 / एनएम के लिए एनएम मिनट थाझरझरा लोगों के लिए मिनट. ऐसे मान 10 हर्ट्ज के एक लेजर पुनरावृत्ति दर से संबंधित हैं और परिमाण के एक आदेश के द्वारा एक 100 हर्ट्ज पुनरावृत्ति दर के साथ बढ़ाया जा सकता है. बयान कमरे के तापमान पर किया जाता है और हम किसी भी सब्सट्रेट हीटिंग का पालन नहीं करते. इस के लिए शुक्रिया substrates की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और सिलिकॉन और कांच के अलावा हम सफलतापूर्वक प्लास्टिक पर AZO (यानी ईथीलीन tetrafluoroethylene, ETFE) 27 जमा. एक अन्य संभावित निर्णायक मोड़ nanoporous संरचनाओं के यांत्रिक स्थिरता से संबंधित है. रूप में जमा नमूने देखभाल खाते में ले रही है कि यांत्रिक स्थिरता पृष्ठभूमि गैस PLD प्रक्रिया के दौरान इस्तेमाल दबाव बढ़ाने के साथ घट जाती है के साथ प्रबंधित किया जाना चाहिए. AZO के मामले में, झरझरा फिल्मों के कम स्थिरता बिजली अत्यंत कठिन जांच के साथ उचित संपर्क किया. आम तौर पर, यांत्रिक स्थिरता 400-500 थर्मल annealing उपचार ° सी हवा में या अक्रिय गैसों में withou सुधार किया जा सकता हैकाफी समग्र आकारिकी को संशोधित करने के लिए, के रूप में AZO और TiO 2 7,23 के लिए दोनों के लिए दिखाया गया है.

अंत में हमारे विधि संरचनात्मक और morphological संपत्तियों की एक ठीक नियंत्रण के साथ दोनों कॉम्पैक्ट और nanoporous AZO फिल्मों जमा करने के लिए अनुमति देता है. कॉम्पैक्ट फिल्मों दृश्य प्रकाश और विद्युत चालकता पारदर्शिता के मामले में प्रतिस्पर्धी कार्यात्मक संपत्तियों दिखाते हैं. Nanoporous फिल्मों से पदानुक्रम रूप से व्यवस्थित संरचनाओं में मिलकर नैनो सूक्ष्म पैमाने पर पेड़ों की एक जंगल जैसी, बहुत कुशल घटना प्रकाश के बिखरने की क्षमता (उच्च धुन्ध कारक) के आश्वासन के इस प्रकार के लिए प्रकाश को फँसाने की कार्यक्षमता के साथ इलेक्ट्रोड को विकसित करने की संभावना खोलने. प्रस्तावित पद्धति न केवल AZO के बयान से संबंधित है, लेकिन यह भी अन्य धातुओं और आक्साइड के लिए लागू किया जा सकता है. कॉम्पैक्ट और झरझरा फिल्मों के गुण बढ़ multilayered या वर्गीकृत फिल्मों से जोड़ा जा सकता है, के क्रम में एक गुणा functionalized चटाई प्राप्तerial.

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Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pulsed Laser Continuum-Quantronix Powerlite 8010
Power meter Coherent FieldMaxII-TO
Ion Gun Mantis Dep RFMax60
Mass flow controller Mks 2179 °
Quartz Crystal Microbalance Infcon XTC/2
Background gas Rivoira-Praxair 5.0 oxygen
Target Kurt Lesker (made on request)
Isopropanol Sigma Aldrich 190764-2L
Source meter Keithley K2400
Magnet Kit Ecopia 0.55T-Kit
Spectrophotometer PerkinElmer Lambda 1050

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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सामग्री विज्ञान 72 अंक भौतिकी नैनो Nanoengineering आक्साइड पतली फिल्मों पतली फिल्म सिद्धांत बयान और विकास स्पंदित लेजर बयान (PLD) पारदर्शी आयोजन आक्साइड (TCO) पदानुक्रम रूप से व्यवस्थित Nanostructured आक्साइड अल doped ZnO (AZO) फिल्मों बढ़ाया प्रकाश बिखरने की क्षमता गैसों बयान nanoporus नैनोकणों वान डेर Pauw स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी SEM
निर्माण की स्पंदित लेजर बयान से पारदर्शी आयोजन ऑक्साइड नैनो इंजीनियर
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Gondoni, P., Ghidelli, M., Di Fonzo, F., Li Bassi, A., Casari, C. S. Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition. J. Vis. Exp. (72), e50297, doi:10.3791/50297 (2013).

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