Abstract
Voici une technique sans pépins et sans modèle-est démontré à scalable croître les nanofils de bismuth, par évaporation thermique sous vide poussé à la température ambiante. Classiquement réservé pour la fabrication de films minces métalliques, dépôts de bismuth évaporation thermique dans un réseau de nanofils verticaux unique cristallines sur un film mince plat de vanadium tenue à la température ambiante, qui est fraîchement déposée par pulvérisation à magnétron ou par évaporation thermique. En contrôlant la température du substrat de croissance de la longueur et la largeur des nanofils peuvent être réglés dans un large intervalle. Responsable de cette nouvelle technique est un mécanisme de croissance de nanofils auparavant inconnu que les racines de la porosité légère du film mince de vanadium. Infiltré dans les pores de vanadium, les domaines de bismuth (~ 1 nm) transportent l'énergie de surface excessive qui supprime leur point de fusion et les expulse en permanence hors de la matrice de vanadium pour former des nanofils. Cette découverte démontre la faisabilité de la phase vapeur évolutive synthéSIAE de haute pureté nanomatériaux sans utiliser de catalyseurs.
Introduction
Les nanofils limitent le transport des porteurs de charge et d'autres quasi-particules, telles que des photons et plasmons en une dimension. En conséquence, les nanofils présentent habituellement de nouvelles propriétés électriques, magnétiques, optiques et chimiques, qui leur accordent un potentiel presque infinie pour des applications dans l'électronique, la photonique, les technologies biomédicales, environnementales et liées à l'énergie micro / nano. 1,2 Durant les deux dernières décennies, de nombreux de haut en bas et les approches bottom-up ont été développés pour la synthèse d'une large gamme de métaux ou de semi-conducteurs nanofils de haute qualité à l'échelle du laboratoire. 3-6 dépit de ces développements, chaque approche repose sur certaines propriétés uniques du produit final pour son succès. Par exemple, le procédé populaire vapeur-liquide-solide (VLS) est mieux adapté pour les matériaux semi-conducteurs qui ont des points de fusion plus élevés et forment un alliage eutectique avec catalytiques «graines» correspondant. 7 En conséquence, la synthèse d'un nanofilmatériel d'intérêt particulier ne peut pas être couvert par les techniques existantes.
Comme un métalloïde avec petit chevauchement indirecte de bande (-38 meV à 0 K) et des porteurs de charge exceptionnellement légers, de bismuth en est un exemple. Le matériau se comporte radicalement différente à dimension réduite par rapport à sa masse, comme confinement quantique pourrait tourner nanofils de bismuth ou de films minces dans un étroit intervalle de bande semi-conducteurs. 8-12 Dans l'intervalle, la surface des formes de bismuth un métal quasi-bidimensionnelle qui est nettement plus que sa masse métallique. 13,14 On a montré que la surface de bismuth réalise une mobilité des électrons de 2 × 10 4 cm 2 V -1 s -1 et contribue fortement à sa puissance thermoélectrique en forme de nanofil. 15 Comme tel, il ya des intérêts importants sur l'étude de nanofils de bismuth pour électronique et en particulier les applications thermoélectriques. 12-16 Cependant, en raison de bismuth très faiblepoint de fusion (544 K) et la préparation à l'oxydation, il reste un défi à la synthèse de nanofils de bismuth cristallin simples en utilisant des techniques traditionnelles de phase en phase vapeur ou en solution de haute qualité.
Auparavant, il a été rapporté par quelques groupes qui monocristallin nanofils de bismuth croissent à faible rendement au cours de dépôt sous vide de couches minces de bismuth, qui est attribué à la libération de stress accumulé dans le film. 17-20 Plus récemment, nous avons découvert un roman technique qui repose sur l'évaporation thermique de bismuth sous vide poussé et conduit à la formation évolutive de simples nanofils de bismuth cristallin avec un rendement élevé. 21 En comparant précédemment rapporté méthodes, la plus importante caractéristique de cette technique est que le substrat de croissance est fraîchement revêtu avec une fine couche de vanadium nanoporeux avant bismuth dépôt. Au cours de l'évaporation thermique de celui-ci, de la vapeur de bismuth infiltre dans la structure nanoporeuse du vanAdium cinéma et s'y condense comme nanodomaines. Étant donné que le vanadium ne soit pas mouillée par le bismuth condensé, les domaines infiltrés sont ensuite expulsés de la matrice de vanadium pour libérer leur énergie de surface. Il est l'expulsion continue des nanodomaines bismuth qui forme les nanofils de bismuth verticales. Depuis les domaines de bismuth sont seulement 1-2 nm de diamètre, ils sont soumis à la suppression significative du point de fusion, ce qui les rend presque fondu à RT. En conséquence, la croissance des nanofils procède au substrat maintenu à la température ambiante. D'autre part, comme la migration des domaines de bismuth est thermiquement activée, la longueur et la largeur des nanofils peuvent être réglés dans un large intervalle en contrôlant simplement la température du substrat de croissance. Ce protocole vidéo détaillée est destiné à aider les nouveaux praticiens dans le domaine éviter divers problèmes communs associés au dépôt physique en phase vapeur de films minces dans un environnement exempt d'oxygène vide poussé.
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Protocol
Attention: S'il vous plaît consulter toutes les fiches de données de sécurité des matériaux pertinents (FS) avant utilisation. Les nanomatériaux peuvent avoir des risques supplémentaires par rapport à leur homologue en vrac. S'il vous plaît utiliser toutes les pratiques de sécurité appropriées lors de la manipulation des substrats de nanomatériaux couverte, y compris l'utilisation des contrôles d'ingénierie (hottes) et les équipements de protection individuelle (lunettes de sécurité, gants, blouse, pantalon de longueur, fermé orteils chaussures).
1. Travaux préparatoires
- Préparation du système de dépôt en phase vapeur
- Purger la chambre de dépôt à la pression de l'atmosphère et ouvrir la chambre. La ventilation se fait en appuyant sur le bouton "Démarrer PC Ventilation" sur l'interface du logiciel de contrôle, qui démarre automatiquement une séquence qui aération de la chambre à la pression atmosphérique. En arrivant à la pression de l'atmosphère ouvrir la chambre en tirant la porte accédant avant.
- Monter un bateau tungstène d'évaporation (enrobé d'alumine) entre une paire d'électrodes d'évaporation thermique. Placez 1pastilles g de bismuth dans le bateau d'évaporation.
- Monter une cible de vanadium de pulvérisation à la source de pulvérisation magnétron. Reportez-vous à l'étape 1.1.4) pour le système de dépôt qui ne sont pas équipé d'une source de pulvérisation.
- (Optionnel, pour le système de dépôt qui ne sont pas équipé d'une source de pulvérisation) Monter un bateau de tungstène d'évaporation entre une paire d'électrodes de l'évaporation thermique. Placer 0,5 g limaces de vanadium dans le bateau d'évaporation.
- Raccorder les connecteurs mini-bananes (deux pour le chauffage / refroidissement et la puissance deux du capteur de température) de l'unité de commande de température en boucle fermée pour la traversée électrique du système de dépôt.
- Préparation de substrats de croissance
Remarque: La formation de nanofils de bismuth est insensible au substrat de choix de croissance. Des résultats similaires ont été obtenus à partir lame de verre, plaquette de silicium, ou une feuille métallique. Il est recommandé par les auteurs que le substrat doit être nettoyé immédiatement avant la vapeurProcédé de dépôt, afin de parvenir à une adhérence uniforme de la sous-couche de vanadium. Diverses techniques de nettoyage de substrat, y compris le nettoyage au plasma et un nettoyage chimique par voie humide, peuvent être appliquées et conduisent à des résultats similaires.- Le nettoyage des substrats de croissance par plasma d'oxygène
- Placez les substrats de croissance dans un nettoyeur à plasma et pomper la chambre, en appuyant sur le "VAC ON", à sa pression de base de 10 mTorr.
- Ouvrez la vanne de gaz d'oxygène et d'introduire de l'oxygène gazeux à la chambre en appuyant sur le "GAZ ON" bouton sur le panneau avant et ajuster le débit en appuyant sur le "INCR" et des boutons "DECR" pour le contrôle de débit de gaz pour maintenir une pression de chambre d'environ 100 mTorr.
- Réglez la puissance du plasma à 20 W en appuyant sur le "INCR" et des boutons "DECR" pour le contrôle de puissance et enflammer le plasma en appuyant sur le «RF ON" bouton.
- Attendez 5 min avant d'éteindre le plasma en appuyant sur le "; RF ON ». Touche Purger la chambre en appuyant sur le bouton" PURGE "et de récupérer les substrats.
- Nettoyage des substrats de croissance par la méthode chimique humide
- Immerger les substrats de croissance contenus dans de l'acétone dans un bêcher. Placer le bécher dans un appareil à ultrasons et soniquer pendant 2 min à la puissance maximale.
- Retirez les substrats du bêcher et les rincer avec un courant d'alcool absolu à partir d'une bouteille de lavage pendant 30 sec.
- Sécher les substrats dans un flux d'azote gazeux.
- Le nettoyage des substrats de croissance par plasma d'oxygène
- Le chargement du substrat et le système de dépôt de pompage
- Monter l'ensemble de commande de la température du substrat au support de substrat.
- Utiliser des pinces à ressort pour monter les substrats de croissance au-dessus de l'ensemble refroidisseur / réchauffeur Peltier.
- Fixer le support de substrat entièrement monté dans la chambre de dépôt en phase vapeur, les substrats se faisant face avec les sources de dépôt. Connecter les traversées électriques à laRefroidisseur Peltier / ensemble de chauffage.
- Fermer le volet de substrat pour éviter le dépôt sur le substrat non intentionnelle.
- Commencer à pomper en bas de la chambre de dépôt. Le pompage se fait en appuyant sur le bouton "Démarrer PC pompage" sur l'interface du logiciel de contrôle, qui démarre automatiquement une séquence qui pompe la chambre à sa pression de base.
2. La croissance de nanofils de bismuth
Remarque: L'expérience ne se déplace pas à l'étape suivante jusqu'à ce que la pression de base de la chambre de dépôt a atteint 2 × 10 -6 Torr ou moins.
- Le dépôt de sous-couche de vanadium
Remarque: La meilleure reproductibilité expérimentale est obtenue lorsque la sous-couche de vanadium est déposée par le procédé de pulvérisation cathodique à magnétron. En l'absence d'une source de pulvérisation cathodique, une reproductibilité élevée peut également être obtenue par dépôt d'encore la sous-couche de vanadium en utilisant le procédé d'évaporation thermique, à condition que le système d'ha de dépôtsa faible pression de base (≤ 5 × 10 -7 Torr). Reportez-vous à l'étape 3.1.2 pour les détails.- Dépôt de vanadium avec une source de pulvérisation à magnétron.
- Commencez flux d'argon dans la source de pulvérisation. Régler le débit à 40 sccm.
- Régler la vitesse de rotation de la pompe turbomoléculaire pour une pression de chambre de 2,5 mTorr.
- Alors que la chambre est d'atteindre progressivement sa pression constante de l'Etat, définir les facteurs de calibrage de l'épaisseur au QCM. Pour le vanadium, la densité est de 5,96 g / cm 3 et le facteur Z est 0,530.
- Tournez sur la source de pulvérisation DC et régler la puissance à 200-250 W. Pour le système de dépôt exploité par les auteurs, le taux de dépôt est d'environ 0,4 A / s à ce pouvoir. Sans ouvrir l'obturateur de substrat, garder la source courante pendant 2 min.
REMARQUE: Grâce à cette étape de l'oxyde natif de la source de vanadium est enlevée, ce qui expose la surface de vanadium frais. - Ouvrez le volet de substrat pour commencer depositio vanadiumn. Dans l'intervalle, de réinitialiser l'épaisseur cumulée du QCM à zéro.
- Continuer dépôt jusqu'à une épaisseur apparente de 20 nm est accumulé, par QCM lecture. Fermez le volet de substrat.
- Peu à peu diminuer la puissance de pulvérisation à zéro. Désactivez la source.
- Arrêter le flux d'argon. Retourner la pompe turbomoléculaire à sa pleine puissance.
- (Optionnel, pour le système de dépôt qui ne sont pas équipé d'une source de pulvérisation) de dépôt de vanadium avec une source d'évaporation thermique.
- En raison de son point de fusion élevé de vanadium (1910 ° C) et son état de préparation à l'oxydation, il est recommandé que son évaporation thermique pour être conduite à une pression de base de 5 x 10 -7 Torr ou moins.
- Régler les facteurs d'étalonnage à l'épaisseur QCM. Pour le vanadium, la densité est de 5,96 g / cm 3 et le facteur Z est 0,530.
- Tournez sur la puissance d'évaporation alimentation thermique à la source de vanadium.Lentement augmenter la puissance de chauffage pour le bateau de tungstène jusqu'à ce que les limaces vanadium fondent.
- Avec l'obturateur de substrat maintenu fermé, augmenter lentement la puissance de chauffage jusqu'à ce qu'un taux de 2 A / s de dépôt est réalisé, par QCM lecture. Ouvrez le volet de substrat pour commencer dépôt de vanadium. Dans l'intervalle, de réinitialiser l'épaisseur cumulée du QCM à zéro.
- Continuer dépôt jusqu'à une épaisseur apparente de 50 nm est accumulée. Fermez le volet de substrat.
- Peu à peu diminuer la puissance d'évaporation thermique à zéro. Désactivez la source.
- Dépôt de vanadium avec une source de pulvérisation à magnétron.
- Le dépôt de nanofils de bismuth
- Pour le dépôt de bismuth à la température supérieure ou inférieure à la température ambiante, la valeur voulue au contrôleur de température. Attendez jusqu'à ce que la température désirée est atteinte.
- Régler les facteurs d'étalonnage à l'épaisseur QCM. Pour bismuth, la densité est de 9,78 g / cm 3 et le facteur Z est 0,790.
- Tournez sur la puissance de l'évaporation thermique suppliquer à la source de bismuth. Lentement augmenter la puissance de chauffage pour le bateau de tungstène jusqu'à ce que le taux de 2 A / s de dépôt est réalisé, par QCM lecture.
- Ouvrez le volet de substrat pour commencer dépôt de bismuth. Dans l'intervalle, de réinitialiser l'épaisseur cumulée du QCM à zéro.
- Continuer dépôt jusqu'à une épaisseur apparente de 50 nm est accumulée. Fermez le volet de substrat.
- Peu à peu diminuer la puissance d'évaporation thermique à zéro. Désactivez la source.
- Coupez l'alimentation électrique vers le refroidisseur / réchauffeur thermique.
- Purger la chambre de dépôt à la pression de l'atmosphère et ouvrir la chambre. Récupérer le support de substrat et de recueillir les nanofils de bismuth substrats recouverts.
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Representative Results
Les images SEM en coupe transversale de sous-couches de vanadium formé par pulvérisation cathodique magnétron et des méthodes d'évaporation thermiques sont présentés à la figure 2. La microscopie électronique à balayage (MEB) des images sont présentées de nanofils de bismuth formé à des températures de substrat différentes (figure 3). La structure cristalline des nanofils de bismuth est déterminée par microscopie électronique à transmission (TEM), diffraction électronique sélectif de zone (SAED) et diffraction des rayons X (XRD) études (Figure 4). L'analyse élémentaire par spectrométrie de rayons X à dispersion d'énergie indique que les nanofils de bismuth ne sont pas alliés avec la sous-couche de vanadium (figure 4).
Figure 1. Disposition de l'unité de contrôle de la température du substrat. L'appareil est assemblé par collage thermiquement une Peltier tapez le Module rmoelectric à un dissipateur de chaleur en utilisant l'argent rempli époxy. Un RTD platine est collée sur le dessus (en fonction) surface du module pour surveiller la température de travail. Le substrat de croissance est fixé à la partie supérieure du module thermoélectrique par des clips à ressort (non représenté). S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 2. Les images MEB de films de vanadium fraîchement déposés sur un substrat de silicium, respectivement, par pulvérisation magnétron (A) et l'évaporation thermique (B). Comme indiqué par leurs sections verticales, les deux films disposent d'une colonne et légèrement structure poreuse. S'il vous plaît, cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3. images MEB de dépôts de bismuth avec les substrats maintenus à des températures différentes: (A) 273K, (B) 285 K, (C) 298 K, (D) 323 K, et (E) 348 K. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4. Caractérisation des nanofils de bismuth (A, B) par microscopie électronique à transmission (TEM), (C) de diffraction des rayons X (XRD), et (D) à dispersion d'énergie aux rayons X (EDX) spectroscopie. Les inserts des panneaux (A) et (B) représentent respectivement les diffraction électronique de zone désignée (SAED) motifs correspondant. Dans le panneau (C) de la X-ray Difframotif de ction des nanofils de bismuth est représenté en trait noir, tandis que les lignes verticales rouges indiquent les emplacements des pics de diffraction et des intensités de bismuth rhomboédrique vrac, selon son fichier standard puissance de diffraction (PDF # 01-071-4643). S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
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Discussion
La croissance de nanofils de bismuth doit être effectuée dans un système de dépôt physique en phase vapeur avec au moins deux sources de dépôt, une autre pour le bismuth et de vanadium. Il est recommandé que l'une des sources est une source de pulvérisation au magnetron pour le dépôt de vanadium. Vide élevé est atteint par un pompes turbomoléculaires soutenus par une pompe de défilement sec. Le système de dépôt en phase vapeur est équipé d'une microbalance à cristal de quartz calibré (QCM) pour la surveillance de l'épaisseur in situ. Le système de dépôt en phase vapeur comporte des traversées électriques pour boucle fermée contrôle de la température des substrats de croissance. Un contrôleur de température thermoélectrique fournit le chauffage / refroidissement pour le substrat, à travers un type Peltier plaque de céramique module thermoélectrique qui est thermiquement collé à un dissipateur de chaleur. La température du substrat est contrôlée par un détecteur de température à résistance en platine (RTD). Voir la figure 1 pour une illustration de l'unité de commande de température du substrat.
En comparant aux méthodes existantes dans la littérature, la technique actuelle permet un rendement élevé (> 70%) la formation de simples nanofils de bismuth cristallin. La technique est également importante pour son extensibilité: le montant de nanofils de bismuth étant déposé est seulement limitée par la taille du substrat. Pour une croissance réussie de nanofils de bismuth, il est extrêmement important de déposer un film mince de vanadium nanoporeux qui est toujours libre d'oxydation. Le vanadium est choisi pour sa haute température de fusion (1910 ° C), ce qui le rend facile à former un film poreux lorsqu'ils sont déposés sur un substrat froid. Autres métaux de fusion élevé, tels que le titane (MP 1668 ° C), pourraient favoriser la croissance de nanofils de bismuth d'une manière similaire. Représenté sur la figure 2 sont les images au MEB de films minces déposés vanadium par pulvérisation cathodique magnétron (a) et l'évaporation thermique (b) les deux méthodes, qui montrent une porosité importante. Comme l'a découvert dans notre étude précédente, il est nécessaire pour la infildomaines de bismuth tré pour être non-mouillant pour vanadium, de sorte qu'ils peuvent être expulsés à partir de la matrice poreuse de vanadium pour former des nanofils. 21 Une surface de vanadium oxydé, cependant, est mouillée par du bismuth et ne peuvent pas soutenir la croissance des nanofils. Compte tenu de la vulnérabilité de vanadium à l'oxydation, le succès de l'expérience repose sur la façon dont efficacement l'oxydation spontanée est empêchée. On constate que la consistance désirée est mieux assuré par pulvérisation magnétron sous plasma d'argon. Si l'évaporation thermique est le seul choix pour le dépôt de vanadium, cependant, il est constaté que la consistance désirée est atteinte lorsque la pression de base est de 5 × 10 -7 torr ou moins. Il ya deux facteurs qui contribuent à l'avantage de la pulvérisation magnétron sur l'évaporation thermique: 1) en pulvérisation magnétron la source est beaucoup plus froide que le cas de l'évaporation thermique, ce qui ralentit l'oxydation; et 2) à la source de pulvérisation cathodique magnétron est exposée à environ 2 mTorr dedébit d'argon, ce qui supprime la pression partielle d'oxygène. En outre, l'excès de chaleur par rayonnement à partir de l'évaporation thermique chauffe le substrat de dépôt très significative, ce qui fait qu'il est difficile d'ajuster la température du substrat pendant le dépôt de bismuth ultérieur, du fait de la puissance limitée de la thermo-électrique de chauffage / refroidissement. Si bismuth est déposé sous forme d'un film lisse et réfléchissante, elle est due à l'oxydation du film de vanadium lors de son dépôt. Pour éviter que cela se produise, la chambre de dépôt doit être pompé pendant une durée plus longue (telle que O / N) pour atteindre sa pression de base.
Comme montré par les images SEM de la figure 3, la morphologie des dépôts de bismuth varie de manière significative à la température de substrat différente. Il est clair que, à température la plus basse (273 K) ne nanofil de bismuth, mais un film granuleux est déposée sur la vanadium. Nanofils de bismuth forment à une température aussi basse que 285 K de substrat, mais sont minces (60-80 nm) et court (0,5-156; m). Au RT (298 K) les nanofils croissent à 90-120 nm d'épaisseur et 6-8 um de long. Il est à noter que les conseils de nanofils sont à facettes au lieu d'être arrondie en douceur, ce qui est généralement observé de la croissance VLS. La raison en est que, dans ce cas, le front de la croissance du nanofil localise à l'interface de bismuth / vanadium, où les nanodomaines de bismuth sont fondus. Dès que l'éruption de bismuth fondu de la matrice poreuse de vanadium, cristallisation produit immédiatement pour donner l'apparence facettes. Les nanofils croissent considérablement plus épais et plus long à température plus élevée. A 323 K, les nanofils sont d'environ 200 nm de diamètre et de 20 à 30 pm de longueur. A 348 K, les nanofils sont d'environ 400 nm de diamètre et plus de 100 um de long. Par conséquent, il est important de contrôler la température du substrat au bout de quelques degrés Kelvin pour la formation uniforme de nanofils de bismuth de dimensions souhaitées. Actuellement, la technique ne peut pas être utilisé pour cultiver des nanofils de bismuth avec un diamètre inférieur à 60 nm. Sur til revanche, il semble que la régulation de la température n'a pas d'importance lors du dépôt de vanadium, ce qui est probablement parce que le substrat est toujours très froid par rapport à la vapeur de vanadium.
Le dispositif thermo-électrique illustré sur la figure 1 est une solution de contrôle de la température. Avec le dissipateur thermique maintenu à température ambiante, le substrat peut être refroidi à 273 K, ou chauffé à 373 K. époxy chargée d'argent est utilisé pour le contact thermique entre le module thermoélectrique et le dissipateur de chaleur. Il est important que la résine époxy est complètement durci et séché de tout solvant, étant donné que la vapeur du solvant peut contaminer la surface du substrat au cours du dépôt en phase vapeur et conduire à des résultats incohérents. Pour la même raison, aucune pâte thermique gel doit être utilisé. Pratique similaire est faite pour le contact entre le module thermoélectrique et le Pt RTD.
Dans la figure 4 (a) (b) Nous vous présentons les microscopie électronique à transmission (MET) o imagesf nanofils de bismuth. Une enquête sur les modes de diffraction d'électrons (encarts, la figure 4 (a) (b)) révèle que la plupart des nanofils de bismuth poussent le long soit (1102) ou (1210) directions. En dépit de ne pas être une graine médiée croissance tel que la vapeur-liquide-solide (VLS) mécanisme, les nanofils de bismuth sont monocristallin, en raison de la présence d'un front de croissance situé près de l'interface de bismuth / vanadium, dans lesquels le liquide à solide transition de phase se produit. Section transversale radiale du nanofil pourrait être irrégulière au lieu de circulaire, ce qui entraîne le contraste de l'obscurité observé dans l'image de TEM montre la figure 4 (a). Diagramme de diffraction des rayons X sur poudre (figure 4 (c)) confirme également que les nanofils de bismuth cristallisent dans leur masse treillis rhomboédrique (R3 m). Comme indiqué par la dispersion d'énergie aux rayons X (EDX) analyse de la figure 4 (d), les nanofils sont bismuth pur, sans alliage avec vanadium (figure 4 (d)
En résumé, une nouvelle technique est démontré dans cet article pour la croissance des rendements évolutive et haute de simples nanofils de bismuth cristallin, induite par l'énergie de surface à l'interface de bismuth / vanadium. La technique est capable de croître des nanofils de bismuth dans une large plage de dimensions, par simple réglage de la température du substrat de croissance. Il est prévu que ce mécanisme de croissance non traditionnel simple mais sera développé pour la croissance d'un autre système de matériau.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bismuth | Sigma-Aldrich | 556130 | Granular, 99.999% |
| Vanadium Slug | Alfa Aesar | 42829 | 3.175 mm (0.125 in) dia x 6.35 mm (0.25 in) length, 99.8% |
| Vanadium Sputtering Target | Kurt J. Lesker | EJTVXXX253A2 | 3.00" Dia. x 0.125" Thick, 99.5% |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 179124 | >99.5% |
| Ethanol | Alfa Aesar | 33361 | Anhydrous |
| Silicon Wafer | University Wafers | 300 microns in thickness, (100) orientation | |
| Silver Filled Epoxy | Circuit Works | CW2400 | Two part conductive epoxy resin |
| Tungsten Boat, Alumina Coated | R. D. Mathis | S9B-AO-W | For bismuth thermal evaporation |
| Tungsten Boat | R. D. Mathis | S4-.015W | For vanadium thermal evaporation |
| RIE Plasma | Nordson March | CS-1701 | |
| PVD 75 Vapor Deposition Platform | Kurt J. Lesker | PEDP75FTCLT001 | Equipped with three thermal evaporation source and one DC magnetron sputtering source |
| Thermoelectric Temperature Controller | LairdTech | MTTC-1410 | |
| PT1000 RGD | LairdTech | 340912-01 | Temperature sensor for MTTC-1410 |
| Thermoelectric Module | LairdTech | 56910-502 | |
| Ultrasonicator | Crest Ultrasonics | Tru-Sweep 175 |
References
- Hu, J. T., Odom, T. W., Lieber, C. M. Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Acc. Chem. Res. 32, 435-445 (1999).
- Akimov, A. V., et al. Generation of single optical plasmons in metallic nanowires coupled to quantum dots. Nature. 450, 402-406 (2007).
- Thurn-Albrecht, T., et al. Ultrahigh-density nanowire arrays grown in self-assembled diblock copolymer templates. Science. 290, 2126-2129 (2000).
- Xia, Y. N., et al. One-dimensional nanostructures: Synthesis, characterization, and applications. Adv. Mater. 15, 353-389 (2003).
- Gudiksen, M. S., Lauhon, L. J., Wang, J., Smith, D. C., Lieber, C. M. Growth of nanowire superlattice structures for nanoscale photonics and electronics. Nature. 415, 617-620 (2002).
- Yang, P. D., et al. Controlled growth of ZnO nanowires and their optical properties. Adv. Funct. Mater. 12, 323-331 (2002).
- Allen, J. E., et al. High-resolution detection of Au catalyst atoms in Si nanowires. Nature Nanotech. 3, 168-173 (2008).
- Lin, Y. M., Sun, X. Z., Dresselhaus, M. S. Theoretical investigation of thermoelectric transport properties of cylindrical Bi nanowires. Phys. Rev. B. 62, 4610-4623 (2000).
- Isaacson, R. T., Williams, G. A. Alfvén-Wave propagation in solid-state plasmas. III. Quantum oscillations of the Fermi surface of bismuth. Phys Rev. 185, 682-688 (1969).
- Sandomirskii, V. B. Quantum size effect in a semimetal film. Sov. Phys. JETP. 25, 101-106 (1967).
- Huber, T. E., Nikolaeva, A., Gitsu, D., Konopko, L., Graf, M. J. Quantum confinement and surface-state effects in bismuth nanowires. Physica E. 37, 194-199 (2007).
- Black, M. R., Lin, Y. M., Cronin, S. B., Rabin, O., Dresselhaus, M. S. Infrared absorption in bismuth nanowires resulting from quantum confinement. Phys. Rev. B. 65, 2921-2930 (2002).
- Hofmann, P. The surfaces of bismuth: Structural and electronic properties. Prog. Surf. Sci. 81, 191-245 (2006).
- Huber, T. E., et al. Confinement effects and surface-induced charge carriers in Bi quantum wires. Appl Phys Lett. 84, 1326-1328 (2004).
- Huber, T. E., et al. Surface state band mobility and thermopower in semiconducting bismuth nanowires. Phys. Rev. B. 83, 235414-23 (2011).
- Dresselhaus, M. S., et al. 23, 129-140 (2003).
- Cheng, Y. -T., Weiner, A. M., Wong, C. A., Balogh, M. P., Lukitsch, M. J.
- Volobuev, V. V., et al. The mechanism of Bi nanowire growth from Bi/Co immiscible composite thin films. J. Nanosci. Nanotech. 12, 8624-8629 (2012).
- Shim, W., et al. On-film formation of Bi nanowires with extraordinary electron mobility. Nano Lett. 9, 18-22 (2009).
- Berglund, S. P., Rettie, A. J. E., Hoang, S., Mullins, C. B. Incorporation of Mo and W into nanostructured BiVO4 films for efficient photoelectrochemical water oxidation. Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 7065-7075 (2012).
- Liu, M., et al. Surface-Energy Induced Formation of Single Crystalline Bismuth Nanowires over Vanadium Thin Film at Room Temperature. Nano Lett. 14, 5630-5635 (2014).
