Electrospray ترسب الموحد سمك قه
1Department of Materials Science and Engineering, Clemson University, 2Department of Materials Science and Engineering, Texas A&M University, 3Department of Electrical and Computer Engineering, Texas A&M University, 4College of Optics and Photonics, Center for Research and Education in Optics and Lasers (CREOL), University of Central Florida, 5Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 6Department of Mechanical Engineering, Virginia Polytechnic Institute, 7Microphotonics Center, Massachusetts Institute of Technology

Published 8/19/2016
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

Novak, S., Lin, P. T., Li, C., Borodinov, N., Han, Z., Monmeyran, C., et al. Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films. J. Vis. Exp. (114), e54379, doi:10.3791/54379 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

الحل القائم على فيلم electrospray الترسيب، والذي يتوافق مع المستمر، وتجهيز لفة إلى لفة، وتطبيقها على نظارات اعتماد chalcogenide. وأظهرت اثنين من مكونات اعتماد chalcogenide: قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 و 40 S 60، والتي على حد سواء تم دراستها على نطاق واسع في منتصف الأشعة تحت الحمراء (منتصف IR) الأجهزة microphotonic مستو. في هذا النهج، هي ملفقة الأفلام سمك موحدة من خلال استخدام العددية الكمبيوتر التي تسيطر عليها (CNC) الحركة. هو مكتوب الزجاج اعتماد chalcogenide (تغير) على الركيزة التي كتبها فوهة واحدة على طول مسار اعوج. وتعرض أفلام لسلسلة من العلاجات الحرارة بين 100 درجة مئوية و 200 درجة مئوية تحت فراغ لابعاد المذيبات المتبقية وdensify الأفلام. وبناء على فورييه انتقال تحويل الأشعة تحت الحمراء (FTIR) الطيفي وسطح القياسات خشونة، تم العثور على كل من التراكيب لتكون مناسبة لتصنيع أجهزة مستو العاملة في المنطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء. المذيبات المتبقيةتم العثور على إزالة لتكون أسرع بكثير لو40 S 60 فيلم بالمقارنة مع قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70. واستنادا إلى مزايا electrospray، ومن المتوقع الطباعة مباشرة من معامل الانكسار (غرين) منتصف الأشعة تحت الحمراء طلاء شفاف التدرج، نظرا للاختلاف في معامل الانكسار من التراكيب اثنين في هذه الدراسة.

Introduction

نظارات اعتماد chalcogenide (ChGs) معروفة لنقل الأشعة تحت الحمراء واسعة وقابليته للسمك موحد، بطانية فيلم ترسب 1-3. على رقاقة الدليل الموجي، المرنانات، والمكونات البصرية الأخرى ويمكن بعد ذلك أن تتشكل من هذا الفيلم من تقنيات الطباعة، ومن ثم طلاء البوليمر لاحقا إلى افتعال الأجهزة microphotonic 4-5. تطبيق واحد الرئيسي الذي نسعى إلى تطوير وصغيرة وغير مكلفة وحساسة للغاية أجهزة الاستشعار الكيميائية التي تعمل في منتصف الأشعة تحت الحمراء، حيث لها العديد من الأنواع العضوية التوقيعات البصرية 6. أجهزة استشعار كيميائية Microphotonic يمكن نشرها في بيئات قاسية، مثل قرب المفاعلات النووية، حيث التعرض للإشعاع (غاما وألفا) هو المرجح. ومن ثم دراسة موسعة لتعديل الخصائص البصرية للمواد electrospray تغير أمر بالغ الأهمية، وسوف يبلغ في ورقة أخرى. في هذه المقالة، هو معروض ترسب الفيلم electrospray من ChGs، كما أنه هو وسيلة إلا في الآونة الأخيرةتطبق على ChGs 7.

ويمكن تصنيف الطرق فيلم ترسب القائمة إلى فئتين: تقنيات ترسيب البخار، مثل التبخير الحراري للأهداف الأكبر تغير، والتقنيات المستمدة من الحل، مثل تدور طلاء حل تغير المذاب في مذيب أمين. عموما، والأفلام المستمدة حل تميل أن يتسبب في خسائر العليا للإشارة الضوء بسبب وجود المذيبات المتبقية في مصفوفة الفيلم ولكن ميزة فريدة من التقنيات المستمدة حل على ترسيب البخار هو دمج بسيط من الجسيمات النانوية (على سبيل المثال، النقاط الكمومية أو نقاط الكمية) السابقة تدور طلاء 8-10. ومع ذلك، فقد لوحظ تجميع الجسيمات النانوية في الأفلام المغلفة تدور 10. وبالإضافة إلى ذلك، في حين أن النهج ترسب وتدور طلاء بخار مناسبة تماما لتشكيل سمك موحد، والأفلام بطانية، فإنها لا تصلح جيدا لترسبات محلية، أو هندسيا الأفلام سمك غير موحدة. Furthermore، على نطاق والمتابعة تدور طلاء صعب بسبب النفايات مواد عالية بسبب الاعادة من الركيزة، ولأنها ليست عملية مستمرة 11.

من أجل التغلب على بعض القيود المفروضة على تقنيات فيلم ترسب الحالية تغير، قمنا بدراسة تطبيق electrospray إلى نظام المواد التغيير في هذه العملية، رش الهباء الجوي يمكن أن تتكون من الحل تغير من خلال تطبيق حقل كهربائي عالي الجهد (7). لأنها عملية مستمرة والذي يتوافق مع تجهيز لفة إلى لفة، القريب استخدام 100٪ من المواد غير ممكن، وهو ميزة على تدور طلاء. وبالإضافة إلى ذلك، اقترحنا أن عزل نقاط الكمية واحدة في قطرات تغير الهباء الجوي الفردية يمكن أن يؤدي إلى تحسين QD التشتت، ويرجع ذلك إلى قطرات اتهم يجري مكانيا تفريق الذاتي من قبل التنافر Coulombic، جنبا إلى جنب مع حركية تجفيف أسرع من قطرات مساحة سطح عالية التي تقلل من حركة نقاط الكمية نظرا لزيادة اللزوجة من قطرات بينما في رحلة 7 و 12. وأخيرا، ترسب في المكان هو ميزة التي يمكن استخدامها لصنع الطلاء غرين. الاستكشافات في كل من التأسيس QD وغرين تصنيع تغير مع electrospray جارية لتقديمها كمادة المستقبلية حاليا.

في هذا المنشور، وأظهرت مرونة electrospray من قبل كل من ترسبات المترجمة والأفلام سماكة موحدة. للتحقيق في مدى ملاءمة الأفلام للتطبيقات الضوئية مستو، نقل تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (FTIR) الطيفي، نوعية السطح، والسمك، وتستخدم قياسات معامل الانكسار.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تنبيه: يرجى استشارة أوراق بيانات سلامة المواد (MSDS) عند العمل مع هذه المواد الكيميائية، ويكون على بينة من المخاطر الأخرى مثل الجهد العالي، والحركة الميكانيكية للنظام الترسيب، وارتفاع درجات الحرارة من موقد والأفران المستخدمة.

ملاحظة: يبدأ هذا البروتوكول مع الزجاج الجزء الأكبر اعتماد chalcogenide، الذي يتم إعداده من خلال تقنيات ذوبان إخماد معروفة 2.

1. إعداد حلول CHG

ملاحظة: وتستخدم اثنين من الحلول في هذه الدراسة، قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 و 40 S 60، سواء الذائبة في إيثانولامين بتركيز 0.05 غ / مل. إعداد الحلول اثنين متطابقة. تنفيذ كافة الخطوات في هذا المقطع من داخل غطاء الدخان.

  1. تهشيم الزجاج الأكبر إلى مسحوق ناعم باستخدام هاون ومدقة.
  2. مزيج 0.25 غرام من الزجاج مع 5 مل من المذيبات ايثانول.
  3. السماح 1-2 أيام لحل كامل للالزجاج. الإسراع في حل عن طريق تسخين المحلول على موقد مع درجة حرارة سطح ~ 50-75 درجة مئوية. زيادة معدل حل عن طريق اثارة الخليط، مثل مع شريط التحريك المغناطيسي.
  4. حل مرشح في قارورة مع 0.45 ميكرون تترافلوروإيثيلين (PTFE) مرشح لإزالة أي رواسب كبيرة من الحل.

2. إعداد عملية ترسب

ملاحظة: وصفت نظام ترسب electrospray تخطيطي في الشكل (1) في هذه العملية، ويستخدم حقنة زجاجية 50 ميكرولتر مع الغطاس ذات الرؤوس PTFE. الحقنة هي أسلوب إبرة القابلة للإزالة مع ذلك، قياس 22 إبرة قطرها الخارجي (القطر 0.72 مم الخارجي، 0.17 مم القطر الداخلي) ذات الرؤوس مخروط، وهذا مرتبط إلى ضخ حقنة موجه عموديا للنظام electrospray. يتعرض النظام electrospray إلى الغلاف الجوي المحيط في هذه التجارب الأولية، على الرغم من انشاء النظام داخل صندوق قفازات. يجب أن يكون نظام SEتي حتى في الموقع حيث يتم عزلها عن المستخدم، مثل غطاء الدخان.

  1. وضع نهاية الإبرة في حل التغيير رسم الحل في حقنة عن طريق تعيين ضخ حقنة في استخراج وضع بمعدل بطيء، مثل 150 ميكرولتر / ساعة، لمنع تكون فقاعات.
  2. تعيين المسافة العمل (10 ملم في هذه الحالة) بين نهاية فوهة والجزء العلوي من الركيزة سي باستخدام الحاسب الآلي في وضع الحركة اليدوي. وضع الركيزة سي، وهو undoped ولها مقاومة من 10000 أوم سم، على صفيحة الألومنيوم متصلا عودة الأرض إمدادات الطاقة.
  3. السماح لكمية صغيرة من السائل إلى طبقة السطح الخارجي للفوهة التي كتبها الاستغناء بعض السائل من حقنة الاستفادة من ضخ حقنة. تحويل موقد على في درجة حرارة سطح الأرض حوالي 75-100 درجة مئوية. انتظر ~ 2 ساعة للسماح للفيلم من الزجاج لتجف على سطح فوهة. هذا الطلاء الايدز استقرار رذاذ.

3. Electrospray ترسبمن تغير أفلام

  1. توصيل الحالي (DC) إمدادات الطاقة مباشرة إلى فوهة حقنة مع مقطع الكهربائية.
  2. تعيين معدل التدفق في 10 ميكرولتر / ساعة، وتصل قيمتها العاصمة الجهد لتشكيل تايلور مخروط مستقر (~ 4 كيلو فولت عند 10 مم العمل عن بعد). عرض رذاذ مع كاميرا التكبير عالية.
  3. بدء CNC حركة رذاذ على الركيزة لإيداع فيلم، وبمجرد أن رش مستقرة.
    1. استخدام مسار اعوج لسمك موحد، أو أحادية البعد (1-D) يمر لمحة سمك الخطي.
    2. استخدام يمر مع مسافة أطول من عرض الركيزة، بحيث رذاذ التحركات تماما قبالة الركيزة قبل اتخاذ تمرير المقبل. يتم ذلك بحيث أن معدل تدفق السائل هو نفسه في كل نقطة على الركيزة.
    3. السيطرة على التصنيع باستخدام الحاسب الآلي باستخدام برنامج LinuxCNC. للحصول على سبيل المثال، استخدم التكميلي G رمز لمسار اعوج مع 0.5 ملم تعويض بين الممرات، سرعة 20 مم / دقيقة، و 30 ملم طول من يمر الشكل 1
  4. تعرض فيلم المودعة لسلسلة من المعالجات الحرارية في ظل فراغ لمدة 1 ساعة كل في 100 و 125 و 150 و 175 درجة مئوية، و 16 ساعة على حرارة 200 درجة مئوية. ويرد على تعظيم الاستفادة من معلمات المعالجة الحرارية في قسم ممثل النتائج من هذه المادة.

4. توصيف أفلام CHG

  1. توصيف إزالة المتبقية المذيبات
    1. اتخاذ مجموعة نقل FTIR بشكل دوري في جميع أنحاء الظروف الصلب، والذي يقيس نفس الموقع على عينة في كل مرة. رسم الخطوط العريضة للالركيزة على المسرح عينة، ووضعه ضمن هذا المخطط في كل مرة يتم أخذ القياس.
      1. في البرنامج FTIR، انقر فوق "إعداد تجربة"، ونوع في عدد المسحات كما 64. اضغط على "مقعد" علامة التبويب ونوع في مجموعة المسح كما 7000 سم -1 الى 500 سم -1. يستغرق المسح الخلفية مع مجرد مرحلة العينة في الصك عن طريق النقر على "جمع معلومات أساسية." ثم ضع العينة على المسرح، وانقر على "نموذج اجمع" لاتخاذ الطيف من العينة.
    2. لمتابعة إزالة المذيب، وتقدير حجم الجواذب العضوية في المصفوفة الفيلم. في البرنامج FTIR، رسم خط الأساس في المدى الطيفي من الفائدة، ما يقرب من 2،300-3،600 سم -1. البرنامج بحساب مساحة تحت الطيف انتقال من العينة، نسبة إلى خط الأساس المعين من قبل المستخدم.
  2. قياس سماكة الفيلم
    1. خدش الفيلم مع ملاقط غرامة نقطة، حتى تصبح الركيزة مظلمة واضحة بين الفيلم الملون أخف وزنا، والذي يحدث عادة في واحدة خدش الحركة مع الضغط الخفيف. إزالة الأنقاض الناجمة عن خدش مع النيتروجين المضغوط.
      1. قياس سمك الأفلام بطانية باستخدام profilometer اتصاللتحديد ارتفاع خطوة من الفيلم لالركيزة. فتح "إعداد القياس"، ونوع في معدل المسح من 0.1 ملم / ثانية، وطول تفحص 500 ميكرون.
      2. ضع العينة على مرحلة، وتحديد نقطة الصفر وتناوب على عينة من هذا القبيل أن الصفر هو التوجه في اتجاه اليسار واليمين. نقل مرحلة بحيث-عبر الشعر هي أقل بقليل من نقطة الصفر، والبدء في فحص سطحي بالنقر على "القياس".
      3. وبمجرد الانتهاء من المسح الضوئي، اسحب R والمؤشرات M بحيث تكون كل من على سطح الفيلم، وانقر على "المستوى الثاني نقطة الخطي" لمعادلة ملف سطح. حرك المؤشر إلى الجزء السفلي من نقطة الصفر، وكتابة المسافة بين كل موقف المؤشر في ص البعد. سمك التدبير في مواقع متعددة للحصول على سمك المتوسط ​​والتباين في البيانات.
    2. تحديد ملامح سمك من الأفلام سمك غير موحدة عن طريق مسح profilometer عبر فيلم كامل (عمودي على 1حركة -D تستخدم لإيداع الفيلم)، واستخدام هذا الملف السطح لإنشاء رسم بياني من سمك الفيلم مقابل موقف.
      1. المسح الضوئي عبر الفيلم بأكمله عن طريق إدخال طول المسح المناسب أكبر من عرض الفيلم، عادة 10-20 ملم، في "إعداد القياس." وضع المتقاطعة على الركيزة غير المصقول على جانب واحد من الفيلم، وانقر على زر "القياس"، والسماح للprofilometer لاستكمال الفحص على الركيزة غير المصقول على الجانب الآخر من الفيلم. انقر بزر الماوس الأيمن على ملف سطح وتصدير وملف .csv.
      2. بدلا من ذلك، إذا كانت الركيزة ليست مسطحة بما فيه الكفاية للحصول على بيانات سمك موثوق بها، خدش الفيلم وصولا الى الركيزة مع حوالي 1 ملم بين الخدوش، وprofilometer المسح الضوئي عبر الفيلم بأكمله. أكتب سمك ووضع أفقي في كل نقطة الصفر، وإنشاء رسم بياني من سمك الفيلم مقابل موقف من هذه النقاط البيانات.
  3. قياس خشونة السطح مع تداخل الأبيض ضوء13 ضبط التركيز ومرحلة الميل لتوليد هامش تدخل على منطقة القياس بأكملها، الذي كان في هذه الحالة 414 ميكرون س 414 ميكرون باستخدام الهدف 5X. يستغرق خمس قياسات عبر فيلم سمك موحد لتحديد متوسط ​​الخشونة وتباين البيانات.
  4. قياس معامل الانكسار مع ellipsometer 14 في نطاق 600-1،700 نانومتر الطول الموجي. في هذه الحالة، استخدم زاوية السقوط من 60 درجة، وتركيز شعاع لحجم البقعة من 35 ميكرون.
    1. أخذ قياس على الركيزة غير المصقول، وتركيب البيانات لتحديد سمك طبقة أكسيد الأم. استخدام هذه المعلومات لنموذج العينة كنظام ثلاث طبقات: سي ويفر + أكسيد الأصلي + فيلم المودعة. خذ ثمانية القياسات في مواقع مختلفة على عينة لتحديد متوسط ​​معامل الانكسار والتباين، في حين باستخدام نموذج كوشي لاحتواء البيانات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويرد التمثيل التخطيطي للمسار اعوج تستخدم للحصول على أفلام سمك موحدة مع electrospray فوهة واحدة في الشكل 2 الشكل 3 يبين طيفا سبيل المثال نقل FTIR من علاجه جزئيا و40 S 60 فيلما مع حركة اعوج من الرذاذ، كما كذلك الطيف من المذيبات ايثانول النقي. من المعلومات التي يمكن الحصول عليها من أطياف FTIR من هذا القبيل كما هو مبين في الشكل (3)، ويبين الشكل 4 تطور المذيب في جميع أنحاء المعالجات الحرارية من سمك موحد قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 و 40 S 60 فيلما. إزالة المذيبات عنصرا أساسيا من تغير تجهيز الأفلام القائمة على الحل. هذا هو أساسا لأن وجود المذيبات المتبقية يسبب فقدان امتصاص الضوء في المقصود نطاق عملية الجهاز في منتصف الأشعة تحت الحمراء. ولذلك، فإن استخدام البثFTIR الطيفي هو مقياس التي يمكن استخدامها لتحسين ظروف المعالجة الحرارية التي تؤدي إلى الحد الأدنى من تركيز المذيب المتبقية، ويشير إلى ظروف التصنيع التي قد تؤدي إلى فقدان الحد الأدنى من الضوء. فيلم أسباب خشونة السطح ونثر فقدان الضوء، حتى قياس هذا مفيد أيضا لتحسين ظروف التصنيع لفقدان الحد الأدنى. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن قياس فقدان صحيح يتكون من ضوء اقتران في الفيلم أو الدليل الموجي ملفقة من الفيلم للسماح طول مسار طويل بناء على أمر من سم. بالإضافة إلى فهم الخسارة، فمن المهم أيضا أن نفهم معامل الانكسار من الفيلم لتصميم البصرية للجهاز. الانكسار والتشتت مؤشر من الأفلام بعد أظهرت تم الانتهاء من جميع المعالجات الحرارية في الشكل (5). ويمكن تحليل هذا القياس من خلال المقارنة بين مؤشر فيلم الانكسار إلى أن من الزجاج بالجملة المقابلة. معامل الانكسار من فيلم تغير يختلف عموما إلى حد ما ومدمج الزجاج الجزء الأكبر المقابلة، وهذا الاختلاف يمكن أن يكون نتيجة للاختلافات في الترتيب الهيكلي للذرات، والتغيرات التركيبية نتيجة لعملية الترسيب أو تطاير أثناء المعالجة بالحرارة. في حالة الأفلام المستمدة من الحل، يتغير مؤشر الانكسار أيضا في جميع أنحاء المعالجة الحرارية كما تتم إزالة المذيبات وdensifies الفيلم.

وأخيرا، ويبين الشكل 6 لمحات سمك من الأفلام المودعة لدى الحركة 1-D من رذاذ. في هذه الحالة، وسمك يقلل خطيا من محور الفيلم. مع قياسات الاختلاف سمك الفيلم، ومعدل التدفق المكاني داخل رذاذ يمكن أن يكون مفهوما، والسماح لهيكل المراد هندسيا. ويبين الشكل 7 الصور من الأفلام المنجزة مع اعوج و1-D حركة رذاذ كمرجع. عموما، يمكن إجراء التحليل البصري للأفلام من خلال مراقبة آثار التدخل الضوئي. أنان هذا النظام من طبقتين، فيلم + الركيزة، تظهر مناطق من سمك موحد ليكون نفس اللون (على افتراض أن معامل الانكسار تبقى ثابتة).

شكل 1
الشكل 1: تمثيل تخطيطي للنظام ترسب electrospray يظهر هذا تخطيطي جميع المكونات الرئيسية للنظام، مع استثناء من آلة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2: تمثيل تخطيطي لمسار اعوج التحكم CNC-للحصول على الأفلام سماكة موحدة وصفت الرذاذ في بداية الترسيب، والتي ثم ثم يتتبع بها.الطريق المشار إليها بواسطة الأسهم. يظهر مما أدى الشخصية سمك الفيلم التقريبي لحق الركيزة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الرقم 3: مقارنة بين أطياف الأشعة تحت الحمراء انتقال من إيثانولامين النقي المذيبات لعلاجه جزئيا و40 S 60 فيلم يقاس المذيب مع الانعكاس الكلي موهن (ATR)، ويتم قياس الفيلم في انتقال العدوى عن طريق الأفلام وسي الركيزة. النطاق الطيفي الأساسي من الفائدة هي الجواذب بسبب وجود مذيب ايثانول المتبقية في مصفوفة الفيلم في ~ 2،300-3،600 سم -1 متجه مموج موجه. يتم رسم خط الأساس على التوالي في هذا النطاق، وINTEGيتم احتساب المنطقة تحت الجواذب نسبة إلى أن الأساس في التصنيف من أجل تتبع إزالة المذيبات المتبقية من مصفوفة الفيلم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4: قطعة منطقة متكاملة تحت الجواذب المذيبات المتبقية يتم أخذ مساحة من مجموعة من ~ 2،300-3،600 سم -1 من انتقال FTIR أطياف من سمك موحد قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 (أ) و 40 S 60 ( ب)، في جميع أنحاء المعالجة الحرارية فراغ من العينات. ونظرا للمكانة درجة حرارة المعالجة الحرارية من الخط الأزرق متقطع، ونظرا لسماكة الفيلم النظري من خط رمادي متقطع، والتي كان من المتوقعباستخدام المعادلة 1. البيانات في هذه الأرقام هو من المعالجة الحرارية متتابعة وتوصيف الدوري لنفس العينات. قضبان خطأ على سماكة الفيلم هي ± واحد الانحراف المعياري من القياسات خمسة، في حين أن أشرطة الخطأ في منطقة ذروة المذيبات هي ± 5٪، والتي وجدت لتكون التباين التقريبي لهذه الطريقة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5: مؤشر الانكسار من سمك موحد الأفلام electrosprayed. وقد تم قياس هذه البيانات عن طريق قياس إهليلجي وتتناسب مع نموذج كوشي. كان مطوع قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 فيلم لمدة 20 ساعة وفقا لالشكل 3، ويحتوي على سمك ~ 410 نانومتر. كان S 60 فيلم و40 ل يسوتو صلب لمدة 20 ساعة وفقا لشكل 4، ويبلغ سمكها ~ 200 نانومتر. أشرطة الخطأ هي ± الانحراف المعياري واحدة من القياسات في ثمانية مواقع عينة مختلفة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الشكل 6: لمحات سمك من الأفلام الهامة مع الحركة 1-D من رذاذ، مما يؤدي إلى تغيير خطيا سماكة الفيلم العمل عن بعد هي متنوعة، بينما هو ثابت معدل التدفق في 10 ميكرولتر / ساعة، وسرعة رذاذ على الركيزة هو ثابت. في 1 مم / دقيقة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 54379 / 54379fig7.jpg "/>
وبالنسبة للأفلاما مع الحركة 1-D، وصور من الأفلام الهامة مع مسار اعوج (يسار، 10 مم العمل عن بعد)، والحركة 1-D (يمين، 5 مم العمل عن بعد) في عدد من يمر 8: الرقم 7 10، 12، و 6، الانتقال من اليسار إلى اليمين. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

كود التكميلي: مثال G رمز تستخدم لمسار اعوج يسمح هذا الرمز حركة فوهة في مسار اعوج مع سرعة 20 مم / دقيقة، بعد 30 ملم من كل تمريرة، و 0.5 ملم تعويض بين كل تمريرة. الرجاء النقر هنا ل تحميل هذا الملف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في بداية فيلم سمك موحد المودعة لدى حركة اعوج من رذاذ المتعلقة الركيزة، والوضع سماكة الفيلم آخذ في الازدياد. وبمجرد أن المسافة المقطوعة في ص الاتجاه يتجاوز قطرها من الرذاذ (عند وصولهم إلى الركيزة)، فإن معدل تدفق يصبح معادلا تقريبا على كل نقطة على الركيزة، وتحقيق التوحيد سمك. لتحديد المعلمات ترسب المناسبة لفيلم سمك موحد electrosprayed، النظري سماكة الفيلم، T، ويستخدم. ويرد ذلك عن طريق المعادلة 1، وهي مشتقة من المعلمات ترسب هو مبين في الجدول رقم 1.

المعادلة 1
المعادلة 1

في هذا التقدير من سمك النظرية، يفترض الأفلام إلى أن يشفى تماما بنفس الكثافة السكانية مع الزجاج بالجملة، كما أنها مثالية للأفلام لالاقتراب من خصائص الزجاج بالجملة المقابلة. باستخدام هذا التقدير لذا فمن المفيد في تعظيم الاستفادة من المعالجات الحرارية لإزالة المذيبات والتكثيف كاملة من الأفلام، بحيث خصائص الزجاج بالجملة، مثل معامل الانكسار، ويمكن تناول. إزالة المذيبات مهمة للغاية حتى أن الأفلام هي كما transmissive ممكن في المنطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء، عن وجود المذيبات المتبقية يمكن أن يؤدي إلى فقدان امتصاص الضوء من خلال المواد. أرقام 3 و 4 تظهر تحسينات المعالجة الحرارية للقه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 و 40 S 60، على التوالي. فراغ بمد الخبز على حرارة 200 درجة مئوية (أقصى درجة حرارة الفرن) لمدة 16 ساعة ضروري لتقليل حجم قمم امتصاص المذيبات في قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 فيلم المصفوفة، في حين لوحظ أحجام قمة مماثلة في و40 S 60 فيلم بعد ~ 7 ساعة. وبالمثل، فقد وجد عشرفي و40 S 60 نهج سمك النظري بعد ~ 7 ساعات من الخبز فراغ، ويصبح أرق من القيمة النظرية مع الصلب الموسعة، في حين قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 يبقى سمكا بكثير من القيمة النظرية على الرغم من المعالجات الحرارية طويلة. إذا كان الفيلم هو أكثر سمكا من القيمة النظرية، وهذا على الأرجح يشير إلى أنه يحتوي على المسامية و / أو المذيبات المتبقية. إذا كان الفيلم هو أرق من القيمة النظرية، والتفسير الأكثر احتمالا هو أن بعض المواد قد تتطاير، وربما تغيرت رياضيات الكيمياء ونتيجة لذلك، مما يؤثر على الخصائص البصرية المستهدفة. البيانات سمك المقدمة هي متوسطات خمسة قياسات على مساحة الجهاز ذات الصلة من حوالي 1 سم وأشرطة الخطأ صغيرة نسبيا على قياسات سمك يؤكد أن مسار اعوج يؤدي إلى انتظام سماكة جيدة.

بالإضافة إلى المذيبات إزالة، والتقليل من فيلم خشونة السطح هو المرضس مهم جدا لتقليل الخسائر من الضوء من خلال هذه المادة. ولقد ثبت سابقا أن خشونة السطح على الدليل الموجي يمكن أن يؤدي إلى تناثر فقدان ضوء 15. جذر متوسط ​​التربيع (RMS) خشونة قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 فيلم بعد 20 ساعة فراغ الخبز كان 2.5 نانومتر ± 1.0 نانومتر، بينما كانت خشونة RMS من الفيلم و40 S 60 5.8 نانومتر ± 1.1 نانومتر. ربما يمكن أن يكون أبعد الأمثل نوعية السطح ضبط المعلمات ترسب أخرى، مثل العمل عن بعد ومعدل التدفق. ومع ذلك، هذه القيم الأولية مقبولة لإجراء الدراسات الأولية على إمكانية استخدامها في الأجهزة البصرية 16.

وكما كان متوقعا فقد لوحظ اختلاف في مؤشرات الانكسار اثنين من التراكيب درس، وهذا يعني أن غرين يمكن مباشرة "طباعة" من رذاذ وقت واحد من الحلين، أو عن طريق هياكل متعددة الطبقات من التراكيب اثنين. مؤشرات الانكسار يقاس من كوم اثنينمواقف درس في هذه المقالة هي مماثلة لدراسات سابقة على الأفلام المغلفة تدور في نفس التكوين، حيث و40 S 60 يقترب من الرقم القياسي من الزجاج بالجملة المقابلة، في حين قه 23 بينالي الشارقة 7 S 70 يميل إلى البقاء تحت مؤشر المقابلة الزجاج بالجملة 1، 17. يجري العمل حاليا لإثبات وجود طلاء غرين الفعال من خلال ترسب أفلام متعددة الطبقات، حيث لديها تركيبة الفردية تغيير خطي في سمك الفيلم. وتغيير خطيا سماكة الفيلم، أو على شكل فيلم المقطع العرضي الثلاثي، ويمكن الحصول مع الحركة 1-D من رذاذ على الركيزة. منطقة التغطية للطلاء يمكن ضبطها من خلال تغيير المسافة العمل، في حين أن المنحدر من سمك الفيلم يمكن ضبطها من خلال تغيير عدد من يمر أو سرعة تمرير.

Electrospray قادر على تصنيع المستمر 18، والذي هو ميزة محتملة على نطاق والمتابعة مقارنةأكثر تقليدية تدور طلاء والتبخر الحراري للأفلام تغير، والتي هي منفصلة في الطبيعة. وبالإضافة إلى ذلك، المهندسة غير موحدة الأفلام سماكة ممكنة مع electrospray، مثل السماح لفيلم غرين لتودع مباشرة من قبل ترسب حلول متعددة مع تركيبات زجاج مختلفة. مثل هذا غرين يمكن أن يتحقق عن طريق طلاء بطانية من طبقات متعددة من طلاء تدور أو التبخير الحراري، ولكن هذا من المرجح أن تكون عملية أكثر تعقيدا تنطوي على عدة شهادات من التراكيب المختلفة، وإخفاء من مختلف مناطق الركيزة. ومع ذلك، هناك بعض القيود الحالية المفروضة electrospray. على سبيل المثال، إنتاجية منخفضة جدا مع استخدام فوهة واحدة، وإن كانت قد أظهرت صفائف فوهة المضاعفة في أنظمة المواد الأخرى للسماح أعلى إنتاجية 18. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للرذاذ أحيانا تصبح غير مستقرة، مما يؤدي إلى سوء نوعية الفيلم. وقد لوحظ أن يكون نتيجة لترطيب الحل تغير حتى surfac فوهةه، لذلك يقترح أن يتم التغلب عليها عن طريق تطبيق مقاومة كيميائيا، طلاء مسعور على سطح فوهة، مثل PTFE. في هذه الدراسات، لوحظ وجود طلاء تغير على سطح فوهة لتحسين الاستقرار، كما هو موضح في قسم البروتوكول.

في الختام، لقد أثبتت بعض من مزايا مثيرة للاهتمام من electrospray لتغير تجهيز الأفلام، لا سيما التوافق مع تجهيز لفة إلى لفة، وإمكانية مهندس الطلاء سمك غير موحدة من خلال ترسبات المترجمة. مع مزيد من التحسين، يمكن أن تثبت هذه الطريقة ترسب ليكون من المفيد لتجهيز منتصف الأشعة تحت الحمراء، وأجهزة microphotonic وتعزيز تصميمها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ethanolamine Sigma-Aldrich 411000-100ML 99.5% purity
Si wafer University Wafer 1708 Double side polished, undoped
Syringe Sigma-Aldrich 20788 Hamilton 700 series, 50 microliter volume
Syringe pump Chemyx Nanojet
CNC milling machine MIB instruments CNC 3020
Power supply Acopian P015HP4 AC-DC power supply, 15 kV, 4 mA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Novak, J., et al. Evolution of the structure and properties of solution-based Ge23Sb7S70 thin films during heat treatment. Mat. Res. Bull. 48, 1250-1255 (2013).
  2. Musgraves, J. D., et al. Comparison of the optical, thermal and structural properties of Ge-Sb-S thin films deposited using thermal evaporation and pulsed laser deposition techniques. Acta Materiala. 59, 5032-5039 (2011).
  3. Zha, Y., Waldmann, M., Arnold, C. B. A review on solution processing of chalcogenide glasses for optical components. Opt. Mat. Exp. 3, (9), 1259-1272 (2013).
  4. Chiles, J., et al. Low-loss, submicron chalcogenide integrated photonics with chlorine plasma etching. Appl. Phys. Lett. 106, 11110 (2015).
  5. Hu, J., et al. Demonstration of chalcogenide glass racetrack microresonators. Opt. Lett. 38, (8), 761-763 (2008).
  6. Singh, V., et al. Mid-infrared materials and devices on a Si platform for optical sensing. Sci. Technol. Adv. Mater. 15, 014603 (2014).
  7. Novak, S., Johnston, D. E., Li, C., Deng, W., Richardson, K. Deposition of Ge23Sb7S70 chalcogenide glass films by electrospray. Thin Solid Films. 588, 56-60 (2015).
  8. Kovalenko, M. V., Schaller, R. D., Jarzab, D., Loi, M. A., Talapin, D. V. Inorganically functionalized PbS-CdS colloidal nanocrystals: integration into amorphous chalcogenide glass and luminescent properties. J. Am. Chem. Soc. 134, 2457-2460 (2012).
  9. Novak, S., et al. Incorporation of luminescent CdSe/ZnS core-shell quantum dots and PbS quantum dots into solution-derived chalcogenide glass films. Opt. Mat. Exp. 3, (6), 729-738 (2013).
  10. Lu, C., Almeida, J. M. P., Yao, N., Arnold, C. Fabrication of uniformly dispersed nanoparticle-doped chalcogenide glass. Appl. Phys. Lett. 105, 261906 (2014).
  11. Zhao, X. -Y., et al. Enhancement of the performance of organic solar cells by electrospray deposition with optimal solvent system. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 121, 119-125 (2014).
  12. Novak, S. Electrospray deposition of chalcogenide glass films for gradient refractive index and quantum dot incorporation [dissertation]. Clemson University. (2015).
  13. Tolansky, S. New contributions to interferometry, with applications to crystal studies. J. Sci. Instrum. 22, (9), 161-167 (1945).
  14. Archer, R. J. Determination of the properties of films on silicon by the method of ellipsometry. J. Opt. Soc. Am. 52, (9), 970-977 (1962).
  15. Hu, J., et al. Optical loss reduction in high-index-contrast chalcogenide glass waveguides via thermal reflow. Opt. Exp. 18, (2), 1469-1478 (2010).
  16. Hu, J., et al. Exploration of waveguide fabrications from thermally evaporated Ge-Sb-S glass films. Opt. Mater. 30, 1560-1566 (2008).
  17. Song, S., Dua, J., Arnold, C. B. Influence of annealing conditions on the optical and structural properties of spin-coated As2S3 chalcogenide glass thin films. Opt. Exp. 18, (6), 5472-5480 (2010).
  18. Deng, W., Klemic, J. F., Li, X., Reed, M. A., Gomez, A. Increase of electrospray throughput using multiplexed microfabricated sources for the scalable generation of monodisperse droplets. J. Aerosol. Sci. 37, (6), 696-714 (2006).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats