Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

الهباء الجوي-ساعد ترسب البخار الكيميائي للهياكل المعدنية المؤكسدة: قضبان أكسيد الزنك

doi: 10.3791/56127 Published: September 14, 2017

Summary

يتم توليف هياكل عمودية أكسيد الزنك في شكل قضبان عبر مساعدة الهباء الجوي بخار الكيميائية ترسب دون الاستخدام المودعة قبل البذور محفز جزيئات. هذا الأسلوب للتحجيم ومتوافقة مع مختلف ركائز تستند أما السليكون أو الكوارتز أو البوليمرات.

Abstract

في حين قد تم توليفها هياكل عمودية أكسيد الزنك (أكسيد الزنك) في شكل قضبان أو أسلاك سابقا بطرق مختلفة سائل أو بخار المرحلة، عن ارتفاع تكلفة الإنتاج و/أو عدم التوافق مع التكنولوجيات ميكروفابريكيشن، نتيجة لاستخدام بذور محفز قبل إيداع و/أو معالجة ارتفاع درجات حرارة تتجاوز 900 درجة مئوية، تمثل عيب الاستخدام الواسع النطاق لهذه الأساليب. هنا، ومع ذلك، نحن تقرير توليف أكسيد الزنك قضبان عبر إليه بخار الصلبة غير حفزت ممكناً باستخدام طريقة ترسيب (الرسوم التعويضية) المدعوم من الهباء الجوي بخار كيميائية على 400 درجة مئوية مع كلوريد الزنك (زنكل2) السلائف والايثانول المذيب الناقل. يوفر هذا الأسلوب خطوة واحدة تشكيل قضبان أكسيد الزنك وإمكانية دمجها مباشرة مع مختلف أنواع الركازة، بما في ذلك السليكون والأنظمة الأساسية المستندة إلى السليكون ميكروماتشينيد والكوارتز، أو البوليمرات مقاومة للحرارة العالية. يحتمل أن هذا يسهل استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع، نظراً لتوافقه مع ميكروفابريكيشن الدولة من أحدث عمليات تصنيع الجهاز. هذا التقرير أيضا يصف خصائص هذه الهياكل (مثلاً، مورفولوجيا، المرحلة البلورية، فجوة الفرقة البصرية، والتركيب الكيميائي، المقاومة الكهربائية) والتحقق من الغاز الاستشعار عن وظائف نحو أول أكسيد الكربون.

Introduction

أكسيد الزنك هو ثانيا-أشباه الموصلات السادس مع فجوة مباشرة واسعة نطاق (3.37 eV)، أكسيتون كبيرة ملزمة الطاقة (60 مليون إلكترون فولط) والاستقطاب العفوي وثوابت كهرضغطية التي تجعل من مادة جذابة للإلكترونيات والإلكترونيات الضوئية ومولدات الطاقة، photocatalysis والاستشعار الكيميائية. وتتعلق معظم وظائف مثيرة للاهتمام من أكسيد الزنك لهيكلها كريستال وورتزيتي وبه غير القطبية (مثلاً، {100}، {110}) والأسطح القطبية (مثلاً، {001}، {111}) المنتسبة إلى محددة الأشكال المورفولوجية منظم (مثلاً ، قضبان، والأهرامات، ولوحات). ويتطلب السيطرة على هذه الأشكال المورفولوجية الأساليب الاصطناعية قادرة على إنتاج بلورات محددة تحديداً جيدا، مع حجم موحد والشكل والهيكل السطحي1،2،،من34. في هذا السياق، جديدة مضافة (توليف من أسفل إلى أعلى) صناعة الاستراتيجيات، خاصة تستند إلى طرق مرحلة البخار صناعيا جذابة ويحتمل أن تكون مفيدة كما أنها توفر القدرة على توليد منظم الأفلام في مستمرة بدلاً من ذلك من الوضع الدفعي بدرجة نقاء عالية وعالية الإنتاجية. أثبتت هذه الطرق تشكيل أكسيد الزنك منظم الأفلام سابقا، ولكن عادة ما تستخدم البذور محفز مثل الذهب و/أو معالجة ارتفاع درجات الحرارة من 900-1,300 درجة مئوية2 {وانغ، 2008 #491} (وهذا قد يكون غير مريح لبعض تصنيع العمليات نظراً للحاجة إلى خطوات تجهيز إضافية و/أو عدم التوافق في درجة الحرارة برقاقة التكامل.)

في الآونة الأخيرة، استخدمنا أسلوب بخار مرحلة استناداً إلى الرسوم التعويضية الهباء الجوي-بمساعدة من السلائف غير العضوية أو المعدنية العضوية لتحقيق الترسيب الانتقائي للهياكل المعدنية المؤكسدة (مثلاً، التنغستن أكسيد القصدير أو5أكسيد6)، دون وذكرت الحاجة إلى حافز-البذور وفي درجات حرارة أقل من تلك التي للرسوم التعويضية التقليدية. يعمل هذا الأسلوب عند الضغط الجوي ويمكن استخدام السلائف المتطايرة أقل مقارنة بالرسوم التعويضية التقليدية؛ القابلية للذوبان هو شرط السلائف الرئيسية، كما يتم تسليم الحل السلائف إلى منطقة رد الفعل في نموذج الهباء الجوي7. في الهباء الجوي-بمساعدة الرسوم التعويضية، تتأثر حركية التنو ونمو المواد المركبة والأغشية الرقيقة بتوليف درجة الحرارة وتركيز الأنواع المتفاعلة، التي تؤثر بدورها على النموذج المورفولوجي ل الفيلم8. في الآونة الأخيرة، لقد درس اعتماد مورفولوجيا أكسيد الزنك للهباء الجوي-بمساعدة الرسوم التعويضية ظروف مختلفة (بما في ذلك السلائف ودرجات الحرارة، والمذيبات الناقل، وتركيزات السلائف) والعثور على طرق لتشكيل أكسيد الزنك منظم مع قضبان، رقائق-أو مورفولوجيس رأسا على عقب-أسفل-مخروط-مثل، من بين أمور أخرى9.

هنا، نحن نقدم البروتوكول للرسوم التعويضية التي ساعدت الأيروسول عمودي هياكل أكسيد الزنك في شكل قضبان تتألف الأغلبية من السطوح {100}. هذا البروتوكول متوافق مع ركائز مختلفة بما فيها السيليكون، الأنظمة الأساسية المستندة إلى السليكون ميكروماتشينيد، والكوارتز، أو رقائق بوليميد مقاومة للحرارة العالية. وفي هذا التقرير، نركز على طلاء رقائق السليكون العارية والمنصات القائمة على السليكون ميكروماتشينيد المستخدمة لتصنيع أجهزة استشعار الغاز. الرسوم التعويضية من أكسيد الزنك ساعد الهباء الجوي يتكون من ثلاث خطوات المعالجة التي تشمل: إعداد الركازات والإعداد لدرجة حرارة الترسيب، وإعداد الحل لتوليد الهباء الجوي، وعملية الرسوم التعويضية. يتم وصف هذه الخطوات بالتفصيل أدناه وطريقة عرض تخطيطي عرض يتم عرض العناصر الرئيسية للنظام في الشكل 1.

Protocol

الملاحظات: لأسباب تتعلق بالأمان، يتم وضع الخلية رد فعل ومولدات الأيروسول داخل غطاء دخان. استخدام الملقط للتعامل مع العينات وارتداء القفازات ومعطف مختبر، ونظارات واتباع ممارسات السلامة المختبرية الشائعة.

1. إعداد الركازات والإعداد لترسب درجة الحرارة

  1. قطع 10 × 10 مم ركائز السليكون استخدام مخطاط تلميح الماس (أبعاد الركيزة وقد تم تكييف حجم لدينا رد فعل الخلية). لهذه التجربة، استخدام خلية رد فعل أسطوانية مصنوعة من فولاذ المقاوم للصدأ مع وحدة تخزين داخلية ~ 7,000 مم 3 (القطر: 30 ملم، الارتفاع: 10 ملم) تتكيف مع أبعاد الأنظمة الأساسية المستندة إلى السليكون ميكروماتشينيد المستخدمة للتصنيع أجهزة استشعار الغاز-
  2. نظيفة ركائز في الكحول، الشطف بماء منزوع، وتسريحه ركائز مع النيتروجين لضمان التقيد الجيد من الأفلام وتغطية موحدة للركيزة.
  3. ضع
  4. الركيزة إلى رد فعل الخلية. عند استخدام الأنظمة الأساسية المستندة إلى السليكون ميكروماتشينيد، بدلاً من ركائز السليكون العارية لتصنيع أجهزة استشعار الغاز، وضع منصات ميكروماتشينيد في الخلية رد فعل وثم محاذاة مع قناع ظل لحصر نمو المواد إلى منطقة الفائدة.
  5. إغلاق الخلية رد فعل. تأكد من أن غطاء الخلية رد فعل مختومة بشكل صحيح لتجنب تسرب الأنواع المتفاعلة.
  6. التبديل على نظام مراقبة درجة الحرارة، تتألف من سخانات مقاوم تتكامل مع رد فعل الخلية، الحرارية الشعور بحرارة الركازة ووحدة تحكم نسبي-متكاملة-مشتق (PID).
  7. تعيين درجة الحرارة إلى 400 درجة مئوية، والسماح لها لتحقيق الاستقرار (وتستغرق هذه العملية حوالي 30 دقيقة، إلا أنها قد تتغير تبعاً لرد فعل الخلية أبعاد وخصائص نظام التحكم بدرجة الحرارة)-

2. إعداد حل "توليد الهباء الجوي"

  1. إضافة 50 ملغ زنكل 2 إلى 100 مل قنينة زجاج مجهزة بفخ فراغ (المشتركة 29/32، وطول 200 مم، 5 ملم خرطوم انتقادات لاذعة).
  2. حل زنكل 2 في 5 مل إيثانول
  3. وكاب القنينة ثم مع فخ الفراغ. ضمان نهاية الأنبوب أسفل يجلس 60 ملم أعلاه أسفل القنينة ودون إغراق في الحل. إذا لزم الأمر، توظيف الزجاج مقاطع مشتركة لتأمين القنينة وفخ الفراغ معا أثناء عملية الرسوم التعويضية-
  4. المشبك القنينة إلى دعم عالمي. ضبط ارتفاع للوفاء بالجزء السفلي من القنينة ومركز التنسيق الأمثل لرذاذ الموجات فوق الصوتية التي تعمل في 1.6 MHz وتوفر حجم متوسط من قطرات الهباء الجوي من ∼ 3 ميكرومتر.
  5. الاتصال المدخل والعادم من فخ الفراغ الأنابيب النيتروجين ورد فعل الخلية، على التوالي، كما هو مبين في المخطط المبسط لنظام الرسوم التعويضية مساعدة الهباء الجوي في الشكل 1-
  6. استخدام حل طازجة من كواشف مختبر لكل ترسب.

3. عملية الرسوم التعويضية

  1. قبل البدء في عملية الرسوم التعويضية، تحقق من أن درجة الحرارة في الخلية رد فعل قد وصلت إلى حالة مستقرة-
  2. ضبط تدفق النيتروجين إلى 200 سم 3/دقيقة، والسماح لها بالتدفق من خلال النظام (معدل تدفق تم ضبطها وفقا لإبعاد رد فعل الخلية المستخدمة في تجاربنا). ينصح باستخدام وحدة التحكم بالتدفق الجماعي لضمان تدفق مستمر خلال الترسب.
  3. مولد
  4. التبديل على الأيروسول ويبقى ثابت الهباء الجوي أثناء العملية حتى الحل الذي يحتوي على السلائف الزنك يتم تسليم تماما لرد فعل الخلية (وتستغرق هذه العملية حوالي 120 دقيقة بالنظر في حجم 5 مل حل معدل تدفق 200 سم 3/دقيقة)-
  5. حالما تم تسليم الحل الكامل للخلية، ورد فعل التبديل--إيقاف مولدات الأيروسول ونظام درجات الحرارة لتبريد أسفل الخلية رد فعل. وفي الوقت نفسه الاحتفاظ بالنيتروجين المتدفقة في جميع أنحاء النظام.
  6. عندما انخفضت درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة، إغلاق تدفق النيتروجين وفتح الخلية رد الفعل، وإزالة العينات. سوف تظهر الركيزة رمادي لون غير لامع على السطح، تختلف عن رقاقة السيليكون العارية لامعة (الأنظمة الأساسية المستندة إلى السليكون ميكروماتشينيد عرض مظهر مماثل بعد الخطوة الرسوم التعويضية). ويرتبط هذا اللون غير اللامع مع وجود هياكل أكسيد الزنك عمودية في شكل قضبان مثل تلك التي لوحظت خلال فحص الميكروسكوب الإلكتروني ( الشكل 2).

Representative Results

"الرسوم التعويضية زنكل" ساعد الهباء2 الذائبة في الإيثانول يؤدي إلى تشكيل الأفلام رمادي موحد وملتصقة على رقائق السليكون العارية (بسهولة نسبية تآكل ميكانيكيا). يعرض وصف الأفلام باستخدام المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) أعلاه 8,000 X التكبير قضبان أكسيد الزنك على شكل شبه الانحياز سداسية مع أطوال ∼1، 600 وأقطار من ∼380 شمال البحر الأبيض المتوسط (الشكل 2). قد يسبب أخطاء كبيرة في درجة حرارة النقطة المحددة أو وجود التدرجات درجة الحرارة على طول الركيزة خلال الرسوم التعويضية ترسب الأخرى أكسيد الزنك مورفولوجيس (الشكل 3) أو الأفلام مع هياكل غير موحدة. وبالإضافة إلى ذلك، قد تكون متعلقة الطلاء غير المتكافئ أو غير المنتسب جزئيا للتحكم في درجة الحرارة الفقراء، التكيف غير صحيحة للتدفق، و/أو استخدام مذيب الناقل مختلفة من تلك المحددة في هذا البروتوكول.

ويبين تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) قضبان أنماط الحيود المرتبطة بمرحلة أكسيد الزنك سداسية (P63مولودية مساحة المجموعة، = 3.2490، ب = 3.2490، وج = 5.2050؛ ICCD بطاقة رقم 5-0664). عرض هذه الأنماط ذروة حيود كثافة عالية في درجة 34.34 2θ، المقابلة للطائرة (002) المرحلة أكسيد الزنك سداسية، جنبا إلى جنب مع سائر قمم الحيود كثافة منخفضة سبعة في 31.75، 36.25، 47.54، 56.55، 62.87، 67.92، و 72,61 ° 2θ، المقابلة (100) (101) (102) (110) (103) (201) و (004) طائرات المرحلة أكسيد الزنك سداسية، على التوالي. توصيف قضبان من الاستبانة مجهر إلكتروني (TEM) يظهر علامة تباعد مستو (0.26 nm) متسقة مع شعرية داخلية من الطائرة (002) (د = 0.26025 nm) المرحلة أكسيد الزنك سداسية حددها زرد. ويبين التحليل الطيفي "بالأشعة السينية" (EDX) الطاقة المشتتة وجود الزنك مع تلوث الكلور منخفض نسبيا (العثور على at.% Cl:Zn 0.05).

تقدير باندجاب الضوئية قضبان عن طريق القياسات الانعكاس منتشر من الأفلام يشير إلى باندجاب ضوئية من 3.2 eV، اتساقا مع قيم الأدب لأكسيد الزنك10. تحليل الأفلام استخدام الأشعة السينية الطيفي النانومترية (XPS) تتميز بالزنك 2 ف1/2 والزنك 2 ف3/2 الأساسية مستوى قمم الأطياف في eV 1,045 و 1,022، على التوالي، يتفق مع تلك التي لوحظت سابقا لأكسيد الزنك11،12.

استخدام هذا البروتوكول على الأنظمة الأساسية المستندة إلى السليكون ميكروماتشينيد مخصصة للغاز الاستشعار يؤدي إلى تكامل عمودي أكسيد الزنك قضبان محصورة في منطقة الاستشعار النشطة (400 × 400 ميكرون2)، الذي يتم تحديده بواسطة قناع ظل مباشرة. يتم دمج المقاومة الكهربائية للأفلام حسب ترتيب kΩ (∼ 100 kΩ) تقاس باستخدام أقطاب كهربائية إينتيرديجيتاتيد في درجة حرارة الغرفة إلى الأنظمة الأساسية المستندة إلى السليكون ميكروماتشينيد. الرقم 4 يعرض صورة لمجموعة من أربعة أجهزة استشعار الغاز ميكروماتشينيد استناداً إلى مساعدة الأيروسول قضبان الرسوم التعويضية. وصف الخصائص وتلفيق عملية ميكروماتشينيد كانت منصات سابقا13. هذه microsystems حساسة لتركيزات منخفضة نسبيا من أول أكسيد الكربون، مع الردود القصوى المسجلة (باستخدام غاز استمرار تدفق اختبار دائرة13) عندما تعمل أجهزة الاستشعار على 360 درجة مئوية باستخدام ميكروهيتيرس مقاوم المتكاملة في النظام (الشكل 5).

Figure 1
الرقم 1: العرض التخطيطي للنظام المدعوم من الهباء الجوي الرسوم التعويضية-

Figure 2
الرقم 2: الأعلى (A) والصور SEM مستعرضة (ب) قضبان أكسيد الزنك المودعة عن طريق مساعدة الأيروسول الرسوم التعويضية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الرقم 3: إيداع الصور المقطعية ووزارة شؤون المرأة لأكسيد الزنك عن طريق مساعدة الأيروسول الرسوم التعويضية على 300 (A) 400 (ب)، (ج) 500 و 600 درجة مئوية (د). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الرقم 4: منصة ميكروماتشينيد على السليكون مع 4 ميكروسينسورس التي شنت على مجموعة TO8 (A)، وعرض مفصل ميكروسينسور (ب) وقضبان أكسيد الزنك المودعة على حافة قطب كهربائي (ج). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الرقم 5 : تغيرات المقاومة الكهربائية قضبان أكسيد الزنك نحو تركيزات مختلفة (25، 20 و 10 و 5 جزء في المليون) أول أكسيد الكربون- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

إجراءات الرسوم التعويضية ساعد الأيروسول مفصلة هنا يؤدي إلى تشكيل قضبان أكسيد الزنك في البلاط السليكون من 10 × 10 مم. يمكن أن يكون هذا الإجراء زيادة معطف الأسطح أكبر؛ ومع ذلك، لاحظ أن زيادة في حجم الخلية رد فعل سيتطلب تعديل المعلمات، مثل معدل تدفق الناقل وحجم الحل. للخلايا رد فعل أكبر، ومن المستحسن أيضا للتحكم في درجة الحرارة التدرجات في الركازة، سبب التدرجات خفية لأقل من 10 درجات مئوية ربما لها تأثير قوي على مورفولوجية الناتجة من الفيلم، كما هو موضح سابقا الرسوم التعويضية الهباء الجوي-بمساعدة من أكسيد التنغستن8. لاستخراج النتائج ذكرت هنا، نوصي باستخدام رذاذ الموجات فوق الصوتية مع تردد التشغيل مماثلة من تلك الموصوفة في البروتوكول، كحجم متوسط الحبرية الأيروسول والتي تتأثر بدورها مورفولوجية الناتجة من الفيلم هذه المعلمة7.

كما يمكن أن تحققه انتقائية ترسب أكسيد الزنك مورفولوجيس الأخرى، بدلاً من قضبان، تغيير السلائف، وترسب درجات الحرارة أو المذيبات الناقل. على سبيل المثال، استخدام السلائف مثل ثنائي إثيل الزنك14 أو15 من خلات الزنك قد ثبت أن يؤدي إلى تشكيل الأشكال المورفولوجية الأخرى بدلاً من قضبان سداسية. لاحظنا أيضا أن استخدام ترسب مختلف درجات الحرارة خلال الرسوم التعويضية التي ساعدت الهباء الجوي تنتج التغيرات في مورفولوجية الأفلام، مما يسمح لتشكيل الأفلام الكريستالات في درجات حرارة أقل من 400 درجة مئوية، أكثر سمكا سداسية هياكل على درجات حرارة تزيد عن 400 درجة مئوية، أو هياكل متدهورة وأقل كثافة في الركيزة عندما تصل إلى 600 درجة مئوية. وبالمثل، يؤثر مورفولوجية الأفلام باستخدام المذيبات المختلفة، وعلى سبيل المثال، لقد أثبتنا مؤخرا أن تشجع استخدام الميثانول عند درجة حرارة 400 درجة مئوية ترسب تشكيل هياكل مع تقشر تشبه مورفولوجيا، بينما ويشجع استخدام الأسيتون في نفس درجة الحرارة تشكيل هياكل تشبه مخروط مقلوب9.

دور المذيبات الناقل ودرجة الحرارة كما لاحظت سابقا على الرسوم التعويضية التي ساعدت الهباء الجوي من هياكل أكاسيد معدنية أخرى (مثلاً، التنغستن أكسيد القصدير و5 أكسيد6)، وهو يعزى عموما إلى: تأثيرات المواد الكيميائية الناجمة عن رد الفعل الوسيطة، التي تصبح الأنواع النشطة لترسب أو الرد البلوتينيوم على شكل جسيمات صلبة في درجات حرارة المعالجة (وهذا أكثر احتمالاً للمذيبات مثل الميثانول والاسيتون، والتي يمكن أن تتحلل في درجات الحرارة المنخفضة مثل، < 500 درجة مئوية)؛ والتحوير لمعدلات الترسب (التمويه) والتبخر الحبرية (هذا المهيمن للمذيبات الإيثانول، التي لا تشكل الأنواع الراديكالي القائم على رد الفعل عند درجات الحرارة المستخدمة في تجاربنا على الأرجح).

البروتوكول ذكرته هنا متوافق مع العمليات ميكروفابريكيشن الدولة من أحدث الأجهزة الإلكترونية القائمة على السليكون وإمكانية إدراجها في العمليات التي تنطوي على مواد مرنة مقاومة للحرارة العالية نظراً للانخفاض النسبي درجات الحرارة للرسوم التعويضية التي ساعدت الهباء الجوي من الهياكل. بيد أنه من المهم أن نذكر أن استخدام الظل أقنعة للنمو الانتقائي للهياكل، مثل أساليب المبذورة يستند إليه بخار-السائلة-الصلبة16، قد تكون القيود في بعض عمليات التصنيع. من ناحية أخرى، إمكانية نمو الهياكل عبر الطريقة غير حفزت المقدمة هنا قد يكون ميزة أقل معدني والتلميع خطوات للتكامل برقاقة من الهياكل. بالإضافة إلى ذلك، قد تسمح درجات الحرارة المنخفضة نسبيا لتركيب قضبان أكسيد الزنك أيضا لاستخدام هذا الأسلوب مع تدفئة المترجمة، تقنية تستخدم لحصر البيئة الحرارية اللازمة لتحلل كلا من كواشف مختبر المرحلة بخار حركية النمو هياكل لمنطقة microscale، تخفيض كبير في استهلاك الطاقة من ارتفاع درجة الحرارة (ساخن-الجدار) مفاعلات17. استخدام التدفئة المحلية، على سبيل المثال، قد ثبت عمليا سابقا للرسوم التعويضية ساعد الهباء الجوي غير حفزت أكسيد التنغستن قضبان18. ويعد نمو عمودي هياكل أكسيد الزنك مع مورفولوجيا الخاضعة للرقابة، التي تسمح لاندماجها سهلة في الركازة مختلفة وعمليات ميكروفابريكيشن، ذات الاهتمام المشترك في مجالات مثل photocatalysis الاستشعار، الكيميائية والضوئيات والطاقة الحصاد، من بين أمور أخرى.

Disclosures

الكتاب لا تمت بصلة إلى الكشف عن

Acknowledgments

هذا العمل قد تم تدعمها جزئيا الإسبانية وزارة العلوم والابتكار عن طريق منحة TEC2015-74329-JIN-(AEI/FEDER,EU)، TEC2016-79898-C6-1-R (AEI/FEDER، الاتحاد الأوروبي)، والمجلس التنفيذي الانتقالي-2013-48147-C6-6R (AEI/FEDER، الاتحاد الأوروبي). SV تعترف بدعم البرنامج الثاني سوموبرو، financed co من الاتحاد الأوروبي ومنطقة مورافيا الجنوبية، عن طريق منحة 4SGA8678. JČ وتسلم الأموال المقدمة من أحل، "رقم المشروع" LQ1601 (سيتيك 2020). وقد قدم جزء من هذه البحوث استخدام البنى التحتية "مركز البحوث" الستة، المرافق الأساسية من سيتيك تحت سيتيك-فتح مشروع access عن طريق LM2011020 منحة ممولة من وزارة التربية والتعليم والشباب والرياضة في الجمهورية التشيكية، وتكنولوجيات المعلومات والاتصالات الإسبانية شبكة تدعمها جزئيا مينيكو ميكرونانوفابس.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ZnCl2 99,999 % trace metal basis Sigma-Aldrich  229997 used as purchased from manufacturer
Ethanol ≥96% Penta 71430 used as purchased from manufacturer
Reaction cell  home-made stainless steel cylindrical reaction cell (7000 mm3, diameter: 30 mm, height: 10 mm) with integrated heaters to reach the temperature of deposition and provided with a PID controller
Ultrasonic liquid atomizer Johnson Matthey Operating frequency ∼1,6 MHz
Flowmeter To have a better control of this step the use of a mass flow controller is recommended. 
Nitrogen Linde Gas A.S.
Silicon wafers   MicroChemicals <100>, p-type, 525 µm thick, cut into pieces (10 mm × 10 mm )
Glass vial - 100 ml 29/32 joint, 200 mm lenght
Vacuum trap 29/32 joint, 5 mm hose barbs 
Graduated cylinder - 10 ml
Universal support 
Balance
Scanning Electron Microscopy (SEM) Tescan Mira II LMU
X-ray diffraction (XRD) Rigaku  Smart Lab 3kW Cu Kα radiation
X-ray Photoelectron spectroscopy (XPS) Kratos AXIS Supra Monochromatic  Kα radiatio, 300 W emission power, magnetic lens, and charge compensation 
Transmission Electron Microscopy (TEM) Jeol JEM 2100F operated at 200kV using Schottky cathode and equiped with EDX 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kozuka, Y., Tsukazaki, A., Kawasaki, M. Challenges and opportunities of ZnO-related single crystalline heterostructures. Appl Phys Rev. 1, (1), 011303 (2014).
  2. Wang, Z. L. Splendid One-Dimensional Nanostructures of Zinc Oxide: A New Nanomaterial Family for Nanotechnology. ACS Nano. 2, (10), 1987-1992 (2008).
  3. Pal, J., Pal, T. Faceted metal and metal oxide nanoparticles: design, fabrication and catalysis. Nanoscale. 7, (34), 14159-14190 (2015).
  4. Sun, Y., et al. The Applications of Morphology Controlled ZnO in Catalysis. Catalysts. 6, (12), 188 (2016).
  5. Vallejos, S., Umek, P., Blackman, C. AACVD Control parameters for selective deposition of tungsten oxide nanostrucutres. J Nanosci Nanotechnol. 11, 8214-8220 (2011).
  6. Vallejos, S., et al. Aerosol assisted chemical vapour deposition of gas sensitive SnO2and Au-functionalised SnO2nanorods via a non-catalysed vapour solid (VS) mechanism. Sci Rep. 6, 28464 (2016).
  7. Hou, X., Choy, K. L. Processing and Applications of Aerosol-Assisted Chemical Vapor Deposition. Chem Vap Deposition. 12, (10), 583-596 (2006).
  8. Ling, M., Blackman, C. Growth mechanism of planar or nanorod structured tungsten oxide thin films deposited via aerosol assisted chemical vapour deposition (AACVD). Phys Status Solidi C. 12, (7), 869-877 (2015).
  9. Vallejos, S., et al. ZnO Rods with Exposed {100} Facets Grown via a Self-Catalyzed Vapor-Solid Mechanism and Their Photocatalytic and Gas Sensing Properties. ACS Appl Mater Inter. 8, (48), 33335-33342 (2016).
  10. Srikant, V., Clarke, D. R. On the optical band gap of zinc oxide. J Appl Phys. 83, (10), 5447-5451 (1998).
  11. Gogurla, N., Sinha, A. K., Santra, S., Manna, S., Ray, S. K. Multifunctional Au-ZnO Plasmonic Nanostructures for Enhanced UV Photodetector and Room Temperature NO Sensing Devices. Sci Rep. 4, 6481-6489 (2014).
  12. Sutka, A., et al. A straightforward and "green" solvothermal synthesis of Al doped zinc oxide plasmonic nanocrystals and piezoresistive elastomer nanocomposite. RSC Advances. 5, (78), 63846-63852 (2015).
  13. Vallejos, S., et al. Chemoresistive micromachined gas sensors based on functionalized metal oxide nanowires: Performance and reliability. Sens Actuator B. 235, 525-534 (2016).
  14. Bhachu, D. S., Sankar, G., Parkin, I. P. Aerosol Assisted Chemical Vapor Deposition of Transparent Conductive Zinc Oxide Films. Chem Mater. 24, (24), 4704-4710 (2012).
  15. Chen, S., Wilson, R. M., Binions, R. Synthesis of highly surface-textured ZnO thin films by aerosol assisted chemical vapour deposition. J Mater Chem. A. 3, (11), 5794-5797 (2015).
  16. Murillo, G., Rodríguez-Ruiz, I., Esteve, J. Selective Area Growth of High-Quality ZnO Nanosheets Assisted by Patternable AlN Seed Layer for Wafer-Level Integration. Cryst Growth Des. 16, (9), 5059-5066 (2016).
  17. Sosnowchik, B. D., Lin, L., Englander, O. Localized heating induced chemical vapor deposition for one-dimensional nanostructure synthesis. J Appl Phys. 107, (5), (2010).
  18. Annanouch, F. E., et al. Localized aerosol-assisted CVD of nanomaterials for the fabrication of monolithic gas sensor microarrays. Sens Actuators, B. 216, 374-383 (2015).
الهباء الجوي-ساعد ترسب البخار الكيميائي للهياكل المعدنية المؤكسدة: قضبان أكسيد الزنك
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Vallejos, S., Pizúrová, N., Čechal, J., Gràcia, I., Cané, C. Aerosol-assisted Chemical Vapor Deposition of Metal Oxide Structures: Zinc Oxide Rods. J. Vis. Exp. (127), e56127, doi:10.3791/56127 (2017).More

Vallejos, S., Pizúrová, N., Čechal, J., Gràcia, I., Cané, C. Aerosol-assisted Chemical Vapor Deposition of Metal Oxide Structures: Zinc Oxide Rods. J. Vis. Exp. (127), e56127, doi:10.3791/56127 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter