Vakum Isıl Buharlaşma yoluyla bizmut Nanotel Array Çekirdeksiz Büyüme

Bu deneysel prosedürün genel amacı, yüksek vakum altında termal buharlaştırma yoluyla ölçeklenebilir bir şekilde tek kristal bizmut nanoteller yetiştirmektir. Bu yöntem, yüksek verimle yüksek kaliteli bizmut nanoteller sentezlemek için kullanılabilir. Bu materyal, yarı iletkenlik çalışmaları alanında büyük ilgi görmüştür.

Bu tekniğin temel avantajı, herhangi bir katalizör veya tohum gerektirmemesi ve sentez prosedürünün yüksek vakum altında gerçekleştirilmesi sayesinde nanotelin aşırı yüksek saflıkta oluşmasıdır. Bu yöntem, nano ölçekli gözenekliliğin kendiliğinden nano tel büyümesini nasıl tetiklediğine dair içgörü sağlamaktadır; ancak düşük erime noktasına sahip İndiyum ve kalay gibi diğer sistemler için de uygulanabilir olmalıdır. Başlamak için biriktirme haznesini atmosferik basınca kadar havalandırın ve hazneyi açın.

Tahliye işlemi, kontrol yazılımı arayüzündeki PC tahliye başlat düğmesine basılarak gerçekleştirilir; bu işlem, hazneyi atmosferik basınca tahliye eden bir diziyi otomatik olarak başlatır. Atmosferik basınca ulaşıldığında, ön erişim kapısını çekerek hazneyi açın.

Ardından, bir çift termal evaporasyon elektrodu arasına bir tungsten evaporasyon teknesi yerleştirin. Evaporasyon teknesine bir gram bizmut peleti koyun ve magnetron sıçratma kaynağına bir vanadyum sıçratma hedefi monte edin. Sonra, kapalı döngü sıcaklık kontrolcüsünün mini muz konnektörlerini, biriktirme sisteminin elektriksel besleme girişine bağlayın.

Büyütme substratlarını oksijen plazması ile temizlemek için, substratları bir plazma temizleyiciye yerleştirin ve vac on düğmesine basarak hazneyi 10 millitorr taban basıncına kadar vakumlayın. Oksijen gaz vanasını açın ve ön paneldeki gas on düğmesine basarak hazneye oksijen gazı girişini sağlayın. Gaz akış hızını kontrol eden INCR ve DECR düğmelerini kullanarak akış hızını, hazne basıncını yaklaşık 100 millitorr seviyesinde tutacak şekilde ayarlayın.

Ardından, güç kontrolü için INCR ve DECR düğmelerine basarak plazma gücünü 20 watt olarak ayarlayın ve RF on düğmesine basarak plazmayı ateşleyin. RF on düğmesine basarak plazmayı kapatmadan önce beş dakika bekleyin. Daha sonra, substrat yüklemek için substratları geri almadan önce bleed düğmesine basarak hazneyi tahliye edin.

İlk olarak, altlık sıcaklık kontrol düzeneğini altlık tutucuya monte edin. Büyütme altlıklarını peltier soğutucu ısıtıcı düzeneğinin üzerine yerleştirmek için yaylı klipsler kullanın. Ardından, tamamen monte edilmiş altlık tutucuyu buhar biriktirme haznesine yerleştirin.

Substratlar biriktirme kaynaklarına bakacak şekilde, elektrik besleme geçişlerini peltier soğutucu ısıtıcı düzeneğine bağlayın. Substrata istenmeyen birikmeyi önlemek için substrat kapağını kapatın. Ardından, biriktirme odasını vakumlamaya başlayın.

Pompalama işlemi, kontrol yazılımı arayüzündeki başlangıç PC pompalama düğmesine basılarak gerçekleştirilir; bu işlem, magnetron püskürtme kaynağı ile vanadyum biriktirmek için hazneyi taban basıncına kadar pompalayan bir diziyi otomatik olarak başlatır. Püskürtme kaynağında argon akışını başlatın. Akış hızını dakika başına 40 ile 50 standart santimetreküp arasına ayarlayın. Hazne kademeli olarak kararlı durum basıncına ulaşırken, turbomoleküler pompaların devir hızını 2,5 ile 3 millitorr hazne basıncı için ayarlayın.

Vanadyum için kuvars kristal mikroterazi veya QCM kalınlık kalibrasyon faktörlerini ayarlayın. Yoğunluk 5,96 grams per cubic centimeter ve Z faktörü 0,530'dur. Substrat kapağını açmadan DC sıçratma kaynağını çalıştırın ve gücü 200 ile 250 watts arasına ayarlayın.

Kaynağı iki dakika boyunca çalışır durumda tutun. Vanadyum biriktirme işlemini başlatmak için substrat panjurlarını açın. Bu sırada, QCM'de biriken kalınlık değerini sıfırlayın.

QCM okumasına göre 20 nanometre görünür kalınlık birikene kadar biriktirme işlemine devam edin. Ardından substrat kapağını kapatın ve spütter gücünü kademeli olarak sıfıra düşürün. Daha sonra kaynağı kapatın ve argon akışını kesin.

Son olarak turbomoleküler pompayı tam gücüne geri getirin. Substrat sıcaklığının bu şekilde sabit ve hassas bir şekilde korunması çok önemlidir, çünkü nano virüs çizgileri sıcaklığa göre güçlü bir şekilde şekillenir. Oda sıcaklığının üzerindeki veya altındaki sıcaklıklarda bizmut cıvama işlemi için sıcaklık kontrol cihazına istenen değeri ayarlayın. İstenen sıcaklığa ulaşana kadar bekleyin.

QCM'deki kalınlık kalibrasyon faktörlerini bizmut için ayarlayın. Yoğunluk 9.78 grams per cubic centimeter ve Z faktörü 0.790'dır. Bizmut kaynağına bağlı termal evaporasyon güç kaynağını açın.

Ardından, saniyede iki angstromluk bir biriktirme hızına ulaşana kadar tungsten tekneye uygulanan ısıtma gücünü yavaşça artırın. QCM okumasına göre, QCM'nin birikmiş kalınlık değerini sıfırlayın. Bu sırada, bizmut biriktirmesini başlatmak için altlık kapağını açın.

Görünür kalınlık 50 nanometre olana kadar biriktirme işlemine devam edin. Ardından alt tabaka panjurunu kapatın. Termal evaporasyon gücünü kademeli olarak sıfıra indirin.

Kaynağı kapatın. Termoelektrik soğutucu ısıtıcıya giden güç kaynağını kapatın. Biriktirme odasını atmosferik basınca tahliye edin ve odayı açın.

Son olarak, substrat tutucuyu çıkarın ve bizmut nano tel kaplı substratları toplayın. Manyetron püskürtme ve termal buharlaştırma yöntemleriyle oluşturulan vanadyum alt tabakanın kesit taramalı elektron mikroskobu veya SEM görüntüleri burada sunulmuştur. Farklı substrat sıcaklıklarında oluşturulan bizmut nanoteller için SEM görüntüleri sunulmuştur.

Bismut nanotellerinin kristal yapısı; transmisyon elektron mikroskopisi, seçili alan elektronlele kırınımı ve x-ışını kırınımı çalışmalarıyla belirlenmiştir. Enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi ile yapılan elementel analiz, bismut nanotellerinin alt katmandaki vanadyum ile alaşım oluşturmadığını göstermektedir. Bu videoyu izledikten sonra, eğik büyüme yönteminin nasıl gerçekleştirildiğine dair iyi bir anlayış kazanmış olmalısınız.

Tek kristalli nano teller, yüksek vakum altında termal buharlaştırma yöntemiyle sentezlenir. Bu prosedür uygulanırken, nano tellerin boyutlarını önemli ölçüde etkileyebileceği için alt tabaka sıcaklığının hassas bir şekilde kontrol edilmesi önemlidir. Ayrıca, sentezlenen malzemelerin oluşum sonrası oksitlenmesini önlemek için düşük baz basınç kritik öneme sahiptir. Bu teknik, nanoyapıların fiziksel sentezi alanındaki araştırmacıların, yüksek kaliteli ve hiper nanoyapılar için yüzey enerjisini itici bir güç olarak kullanmalarının yolunu açmıştır.