A. Maker wurde von einem Annenberg Foundation Graduate Research Fellowship unterstützt, und diese Arbeit wurde von der National Science Foundation [085281 und 1028440] unterstützt.

1. Microsphere Fabrication <ol><li> Wählen Sie eine kleine Menge (ca. 5 cm) aus optischen Fasern, Streifen ~ 1,5 &quot;Verkleidung von einem Ende und reinigen Sie entweder mit Methanol oder Ethanol (Abbildung 1a, b). </li><li> Falls verfügbar, spalten das Ende mit einer optischen Faser Cleaver. Wenn nicht vorhanden, mit Drahtschneider oder einer Schere, so dass ~ 0,5 &quot;links geschnitten wird. Der Vorteil der Verwendung einer optischen Faser Cleaver ist, dass es eine sehr glatte, gleichmäßige Schnitt wie in Abbildung 1b produziert. Übermäßige Rauheit oder Defekte aus einem Cut kann dazu führen, unebenen Reflow, wodurch die Güte der resultierenden Kügelchen. </li><li> Setzen Sie das gereinigte Faserende zu 3W von CO 2-Laser zu einer konzentrierten Leistung ~ 500 um Durchmesser Punktgröße für ~ 1 Sekunde (Abbildung 1c, d, e). Dies erzeugt Kugeln ~ 200 um im Durchmesser, aber die Größe kann durch Erhöhen oder Verringern des Durchmessers der optischen Faser abgestimmt werden. Eine leichte Anpassung der Laserintensität kann auch be notwendig, Reflow größeren oder kleineren Kugeln. </li></ol> 2. Mikrotoroid Fabrication <ol><li> Konstruktion und Herstellung einer Photomaske mit dunklen, festen Kreisen, in dem Abstand und Durchmesser Ihrer Wahl. Es ist wichtig zu beachten, dass die Ringspulen hergestellt werden 25-30% kleiner als die Kreise auf der Maske. Zum Beispiel wird ein ausgefüllter Kreis mit einem Durchmesser von 100 Mikron einen Toroid mit einem Durchmesser von etwa 75 Mikron herzustellen. Es ist auch empfohlen, mindestens 1 bis 2 mm Abstand zwischen den einzelnen Kreis und mindestens 5 mm Abstand zwischen den Arrays von Kreisen und an den Rändern der Maske zu verlassen. Da die Probe-Wafer muss vorsichtig mit einer Pinzette gehandhabt werden, ist es wichtig, Raum für die Pinzette zu greifen, ohne eine Beschädigung der Ringspulen verlassen. Der zusätzliche Platz bietet auch Raum für eine sich verjüngende Glasfaser, um Licht in die fertigen Geräte und ermöglicht Proben in kleinere Arrays leichter geschnitten werden. Für dieses Verfahren haben wir eine Maske mit Reihen von 160 um dimesser Kreise ~ 1mm auseinander, mit ~ 5mm Abstand zwischen den einzelnen Reihe von Kreisen. Die fertigen Ringkerne sind ca. 110 m im Durchmesser. </li><li> Beginnen Sie mit Silizium-Wafern mit einer 2 um dicke Schicht aus thermisch gewachsenem Siliziumdioxid. Cleave die Wafer, um das gewünschte Muster auf dem microdisk Photolithographiemaske passen, was Raum für Fotolack Randwulst. Beachten Sie, dass zu Beginn der Herstellung, ist es gewöhnlich am bequemsten zu ätzen mehrere Arrays von Kreisen größere Stücke von Silizium-Wafern (~ einige cm x mehrere cm). Größere Wafer ermöglichen Photolithographie und Ätzen der BOE mehr Proben zu einem Zeitpunkt, und sind leichter mit einer Pinzette behandelt. Später, vor dem XeF 2 Ätzschritt wird die Spaltung der größeren Wafern in kleinere Anordnungen empfohlen, schnellere, gleichmäßigere XeF 2 Ätzen zu ermöglichen. </li><li> In einem Abzug durchzuführen, gründlich reinigen, die Wafer durch Spülen mit Aceton, Methanol, Isopropanol und deionisiertem Wasser. Blasen Sie die Proben trocknen mit einem Stickstoff-oder gefiltert compressed Luftgewehr, und legen Sie sie auf einer heißen Platte bei 120 ° C für mindestens 2 Minuten trocknen lassen. </li><li> Nach Trocknung der Wafer kühlen, legen Sie sie in einer entflammbaren / Lösungsmittel Abzug durchzuführen und zu entlarven HMDS für 2 Minuten mit dem Aufdampfverfahren. Eine einfache Aufdampfverfahren: ein paar Tropfen von HMDS in einem kleinen 10ml Becherglas und dann die Abdeckung der Wafer und kleines Becherglas mit einem größeren Glasbehälter, um den Dampf halten. </li><li> Legen Sie eine Probe auf einem Spinner mit einem passenden Halterung. Verwendung einer Tropfflasche oder Spritze und Filter Fotolack Anwendung auf die Probe. Schleuderbeschichtungsverfahren S1813 Photoresists auf jeder Probe für 5 Sekunden bei 500 UpM, 45 Sekunden bei 3000 rpm gefolgt. Randentlackung nicht erforderlich, wenn der Wafer so groß ist, daß der Randwulst nicht mit der Strukturierung stören. </li><li> Weichbacken der Fotolack auf einer heißen Platte bei 95 ° C für 2 Minuten. </li><li> Mit Hilfe einer UV-Mask Aligner und dem gewünschten Photomaske, entlarven die Fotolack-bedeckten Proben auf eineinsgesamt 80mJ/cm 2 von UV-Strahlung. </li><li> Tauchen der Proben in MF-321 an Entwickler, um den Photoresist, die UV-Licht ausgesetzt war, zu entfernen. Bei der Entwicklung, genau zu beobachten, wie der Photoresist von dem Wafer entfernt und gelöst wird. Es ist wichtig zu rühren / swish des Behälters konstant während dieses Prozesses, um sicherzustellen, dass der Photoresist gleichmäßig entfernt wird. Für den gegebenen Parametern erfolgt die Photoresist ca. 30 Sekunden bis zu entwickeln. </li><li> Wenn die meisten der unerwünschten Fotolack im Entwickler gelöst ist, spülen Sie die Proben gründlich unter fließendem Wasser, blasen Sie sanft trocknen die Proben mit Hilfe eines Stickstoff-oder Luftgewehr, und prüfen Sie die Proben mit einem Mikroskop, um sicherzustellen, alle unerwünschten Fotolack entfernt wurde. Bei Bedarf können die Proben wieder in Entwickler eingetaucht werden, jedoch sollte man darauf achten, nicht um die Proben überentwickeln wie die gewünschte Photolackstrukturen auch beschädigt werden könnten. (Wenn die gewünschten Muster beschädigte oder defekte sind, kann der Fotolack seinentfernt und mit Aceton Schritte 2,1-2,9 wiederholt werden kann). </li><li> Nach der Entwicklung, spülen Sie gründlich die Proben in fließendem Wasser, blasen Sie sanft trocknen die Proben und harte backen sie auf einer heißen Platte bei 110 ° C für 2 Minuten. Dieser Schritt erwärmt das Photoresist oberhalb seiner Glasübergangstemperatur, Aufschmelzen des Photoresist und teilweise Reparatur Rauhigkeit aufweist, die während der Entwicklung aufgetreten ist. </li><li> Mit Teflon-Container und der notwendigen Schutzausrüstung, tauchen die Proben in verbesserter gepufferten Oxid-Ätzmittel (BOE). BOE enthält HF, die die Kieselsäure nicht von Photolack bedeckt, um kreisförmige Siliciumdioxid-Pads auf der Silizium-Wafer (2a-c) zu bilden ätzt. Verbesserte gepufferte HF erzeugt eine glattere ätzen, die Minimierung Rauheit in den erhaltenen Silica-Kreisen. Während es möglich ist, zu mischen gepufferter HF beginnend mit 49% HF, können diese sehr unterschiedliche Ergebnisse, wie sie typischerweise nur in geringen Mengen hergestellt werden führen. </li><li> Nach ca. 15-20 Minuten (d* je nach Muster, Stichprobengröße und Anzahl der Proben), entfernen Sie die Proben aus der BOE mit Teflon-Pinzette. Spülen Sie die Proben in fließendem Wasser. Das Siliciumdioxid wurde entfernt, als die Proben hydrophob werden. </li><li> Nach dem Ätzen, Spülen und Trocknen der Proben, untersuchen sie mit einem Lichtmikroskop. Überprüfen Sie, ob die gewünschten Muster wurden komplett geätzt und alle unerwünschten Kieselsäure entfernt wurde. Falls erforderlich, geben die Proben an das BOE für weitere Ätzung. Man sollte darauf achten, nicht um die Proben Überätzzeit, oder die kreisförmige Muster unter dem Fotolack kann beschädigt werden. </li><li> Sobald BOE Ätzen beendet ist, gründlich die Proben in deionisiertem Wasser und trocken blasen. Wenn die Proben auf große Stücke von Silizium-Wafer sind, wird auch empfohlen, sie (unter Verwendung einer Substratteilungssäge durchgeführt, oder Diamant Schreiber) in kleinere Stücke mit einzelnen Zeilen von Siliciumdioxid Kreise schneiden. Einzelne Reihen von Kreisen schneller und gleichmäßig in der XeF geätzt2-Ätzung Schritt (2.16). Siliziumstaub durch das Schneiden erzeugt wird während der Reinigung im nächsten Schritt entfernt. </li><li> Entfernen des Photoresists durch Spülen mit Aceton, Methanol, Isopropanol und deionisiertem Wasser und Trocknen der Proben unter Verwendung eines Stickstoff Pistole und Erhitzen auf 120 ° C heißen Platte für mindestens 2 Minuten. </li><li> Mit Hilfe eines XeF 2 Radierer, unterbieten die Silizium unterhalb der runden Pads Silica Silica-Mikroplatten (Abbildung 2d-f) zu bilden. Die Höhe geätzt sein sollte ca. 1/3 der Kieselsäure Kreis der Größe, so dass die resultierenden microdisk die Säule etwa 1/3-1/2 des gesamten Scheibendurchmesser, als durch Inspektion mit einem optischen Mikroskop bestimmt ist. Die Anzahl der Impulse XeF 2 und die Dauer jedes Impulses abhängig von der Menge an Silicium in der Kammer und der Art von XeF 2 Radierer verwendet. </li><li> Nach XeF 2 Radierung, entlarven die Proben zu einem fokussierten CO 2-Laserstrahl auf ca. 12W Intensität für ~ 3 Sekunden lang oder bis eine glatte Toroid gebildet wird (Abbildung 2g-i). Abhängig von der genauen Größe der Platte und der Menge an XeF 2 lagen, einem etwas höheren oder einer niedrigeren Intensität und Belichtungszeit erforderlich sein, um eine Mikrotoroid bilden. Es ist wichtig, dass das Zentrum des Laserstrahls und dem Zentrum der Mikroplatten ausgerichtet sind, so daß das Siliciumdioxid Mikroplatten eine glatte, kreisförmige Mikrotoroid bilden. </li></ol> 3. Repräsentative Ergebnisse Die Mikrokügelchen und Mikrotoroid Geräte abgebildet unter Verwendung sowohl der optischen Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (1d, e und Abbildung 2h, i) werden. In allen Bildern ist die Gleichmäßigkeit der Oberfläche der Vorrichtung deutlich zu erkennen. Um sicherzustellen, dass die detaillierte Vorgehensweise ultrahohem Q Geräten herstellt, auch den Q-Faktor von mehreren Geräten, indem eine Linienbreite (Δλ) Messung und Berechnung der geladenen dadurch gekennzeichnetQ aus dem einfachen Ausdruck: Q = λ / Δλ = ωτ, wo λ = Resonanzwellenlänge, ω = Frequenz und τ = Photonenlebensdauer. Repräsentative Spektren von jeder Vorrichtung hergestellt unter Verwendung der oben detaillierten Verfahren 1,9 und einen Vergleich Graphen von mehreren Geräten ist in 3 gezeigt. Die Qualitätsfaktoren aller Geräte sind über 10 Millionen, wobei die meisten davon über 100 Mio. Euro. Das Spektrum der Mikrokügelchen ein einziges Signal, was anzeigt, dass das Licht in entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn ausbreitenden optischen Mode gekoppelt ist. Jedoch zeigte das Spektrum des Toroids eine geteilte Resonanz, was anzeigt, dass Licht in sowohl den Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn Moden gleichzeitig gekoppelt ist. Dieses Phänomen tritt auf, wenn es eine leichte Ungenauigkeit an der Kupplungsstelle. Durch Einsetzen des Spektrums zu einem Dual-Lorentz, kann der Q-Faktor der beiden Modi bestimmt werden. Die geteilte Resonanz Phänomenna kann sowohl in Kugel und Torus-Resonatoren auftreten, ist aber häufiger in Toroiden beobachtet, wie sie anfälliger für Unvollkommenheiten und sind weniger optischen Moden im Vergleich zu Kugeln. <img src="/files/ftp_upload/4164/4164fig1.jpg" alt="1"/> Abbildung 1. Ablaufschema der Mikrokugel Hohlraum Herstellungsprozess. a) Rendering und b) optische Aufnahme eines gereinigt und gespalten optische Faser. c) Rendering, d) und e Mikroskopiebild) Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines microspere Resonator. <img src="/files/ftp_upload/4164/4164fig2.jpg" alt="2"/> Abbildung 2. Flussdiagramm der Mikrotoroid Hohlraum Herstellungsprozess. a) Rendering, b) Draufsicht optischen Aufnahme und c) Seitenansicht Rasterelektronenmikrographie der kreisförmigen Oxid-Pad, wie durch Photolithographie und Ätzen BOE definiert. Man beachte die leichte Keilform das Oxid, das durch die BOE ausgebildet ist. d) Rendering, e) Draufsichtoptischen Aufnahme und f) Seitenansicht Rasterelektronenmikrographie der Oxid-Pad nach dem XeF 2 Ätzschritt. Beachten Sie, dass das Oxid Platte die keilförmigen Umfang trägt. g) Rendering, h) Draufsicht Mikroskopiebild und i) Seitenansicht Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Mikrotoroid Hohlraum. <img src="/files/ftp_upload/4164/4164fig3.jpg" alt="Abbildung 3"/> 3. Repräsentative Gütefaktor Spektren der a) Mikrokügelchen und b) Mikrotoroid Resonanzhohlräume wie unter Verwendung der Linienbreite Messverfahren. In sehr hohen Q-Geräten, kann man beobachten, Modus-Spaltung oder eine Doppel-Spitze, in der Licht reflektiert einen kleinen Fehler und zirkuliert in beiden Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn. c) Vergleich Diagramm, das die Q-Faktoren von mehreren Mikrosphäre und Mikrotoroid Resonanzhohlräumen. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4164/4164fig3large.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Abbildung</a> . Abbildung 4. Schematische Darstellung des CO 2-Laser Reflow-Set-up. Die CO 2-Laserstrahl (durchgezogene blaue Linie), wird reflektiert und dann auf die Probe fokussiert. Es geht durch den 10,6 um / 633 nm Strahl-Kombinierer, die 10,6 um und überträgt 633 nm reflektiert. Die optische Säule geben die Reflexion der Probe aus der Strahlvereiniger, daher ist das Bild etwas rot. Eine Liste der benötigten Teile für dieses Setup ist in Tabelle 4. <img src="/files/ftp_upload/4164/4164fig5.jpg" alt="Abbildung 5"/> Abbildung 5. Falsch gelötet ein) Mikrosphäre und b) Mikrotoroid Resonanzräume. Durch falsche Platzierung innerhalb des Strahls, ist die Störung eines Bus-gebildet ist. c) Als Ergebnis einer schlechten Photomaske oder schlechte Lithographie, ist das Toroid mondförmige.

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	<li>Armani, D. K., Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-high-Q+toroid+microcavity+on+a+chip.">Ultra-high-Q toroid microcavity on a chip.</a> Nature. 421, 925-928 (2003).</li><li>Gorodetsky, M. L., Savchenkov, A. A., Ilchenko, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultimate+Q+of+optical+microsphere+resonators.">Ultimate Q of optical microsphere resonators.</a> Optics Letters. 21, 453-455 (1996).</li><li>Armani, A. M., Kulkarni, R. P., Fraser, S. E., Flagan, R. C., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-Free,+Single-Molecule+Detection+with+Optical+Microcavities.">Label-Free, Single-Molecule Detection with Optical Microcavities.</a> Science. 317, 783 (2007).</li><li>Choi, H. S., Ismail, S., Armani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studying+polymer+thin+films+with+hybrid+optical+microcavities.">Studying polymer thin films with hybrid optical microcavities.</a> Optics Letters. 36, 2152-2154 (2011).</li><li>Aoki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+strong+coupling+between+one+atom+and+a+monolithic+microresonator.">Observation of strong coupling between one atom and a monolithic microresonator.</a> Nature. 443, 671-674 (2006).</li><li>Hsu, H. -. S., Cai, C., Armani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-low+threshold+Er:Yb+sol-gel+microlaser+on+silicon.">Ultra-low threshold Er:Yb sol-gel microlaser on silicon.</a> Optics Express. 17, 23265 (2009).</li><li>Zhu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-chip+single+nanoparticle+detection+and+sizing+by+mode+splitting+in+an+ultrahigh-Q+microresonator.">On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator.</a> Nature Photonics. 4, 46-49 (2009).</li><li>Zhang, X., Choi, H. -. S., Armani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultimate+quality+factor+of+silica+microtoroid+resonant+cavities.">Ultimate quality factor of silica microtoroid resonant cavities.</a> Applied Physics Letters. 96, 153304 (2010).</li><li>Vernooy, D. W., Ilchenko, V. S., Mabuchi, H., Streed, E. W., Kimble, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Q+measurements+of+fused-silica+microspheres+in+the+near+infrared.">High-Q measurements of fused-silica microspheres in the near infrared.</a> Optics Letters. 23, 247-249 (1998).</li><li>Saleh, B. E. A., Teich, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Photonics. , (2007).</li><li>Ilchenko, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+quartz+optical+whispering-gallery+resonators.">Crystal quartz optical whispering-gallery resonators.</a> Optics Letters. 33, 1569-1571 (2008).</li><li>Soteropulos, C., Hunt, H., Armani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+binding+kinetics+using+whispering+gallery+mode+microcavities.">Determination of binding kinetics using whispering gallery mode microcavities.</a> Applied Physics Letters. 99, 103703 (2011).</li><li>Barclay, P. E., Srinivasan, K., Painter, O., Lev, B., Mabuchi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+fiber-coupled+high-Q+SiNx+microdisks+with+atom+chips.">Integration of fiber-coupled high-Q SiNx microdisks with atom chips.</a> Applied Physics Letters. 89, (2006).</li><li>Srinivasan, K., Painter, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mode+coupling+and+cavity-quantum-dot+interactions+in+a+fiber-coupled+microdisk+cavity.">Mode coupling and cavity-quantum-dot interactions in a fiber-coupled microdisk cavity.</a> Physical Review. A. 75, (2007).</li><li>Xu, Q. F., Lipson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-optical+logic+based+on+silicon+micro-ring+resonators.">All-optical logic based on silicon micro-ring resonators.</a> Optics Express. 15, 924-929 (2007).</li><li>Martin, A. L., Armani, D. K., Yang, L., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replica-molded+high-Q+polymer+microresonators.">Replica-molded high-Q polymer microresonators.</a> Optics Letters. 29, 533-535 (2004).</li><li>Chao, C. Y., Guo, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+microring+resonators+fabricated+by+nanoimprint+technique.">Polymer microring resonators fabricated by nanoimprint technique.</a> Journal of Vacuum Science Technology B. 20, 2862-2866 (2002).</li><li>Armani, A. M., Armani, D. K., Min, B., Vahala, K. J., Spillane, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-high-Q+microcavity+operation+in+H2O+and+D2O.">Ultra-high-Q microcavity operation in H2O and D2O.</a> Applied Physics Letters. 87, 151118 (2005).</li><li>Kovacs, G. T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Micromachined Transducers Sourcebook. , (1998).</li><li>Kovacs, G. T. A., Maluf, N. I., Petersen, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bulk+Micromaching+of+Silicon.">Bulk Micromaching of Silicon.</a> Proceedings of the IEEE. 86, 1536-1551 (1998).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Wie bei jeder optischen Aufbau, Aufrechterhaltung der Sauberkeit bei jedem Schritt des Herstellungsprozesses ist von entscheidender Bedeutung. Da es zahlreiche Lehrbücher zum Thema Lithografie und Herstellung geschrieben sind, werden die unten aufgeführten Vorschläge nicht den Anspruch auf Vollständigkeit, sondern markieren nur einige der häufigsten Fragen haben Forscher konfrontiert. 19-20 Da die Gleichförmigkeit der Mikrotoroid der Peripherie durch die Gleichförmigkeit de...

<table border="1"><tbody><tr><td> Bezeichnung des Teils </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Fiber Schreiber </td><td> Newport </td><td> F-RFS </td><td> Fakultativ </td></tr><tr><td> Optische Faser </td><td> Newport </td><td> F-SMF-28 </td><td> Jede Art von optischen Faser verwendet werden. </td></tr><tr><td> Faserbeschichtung Stripper </td><td> Newport </td><td> F-STR-175 </td><td> Abisolierzange können ebenfalls verwendet werden </td></tr><tr><td> Ethanol </td><td> Jeder Anbieter </td><td> Solvent-Level-Reinheit </td><td> Methanol oder Isopropanol sind Substitute </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Microsphere Herstellungsmaterialien. <table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> &lt;strong&gt; Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Siliziumscheiben mit 2 &amp;mgr; m thermisch gewachsenen Siliziumdioxid </td><td> WRS Materialien </td><td> n / a </td><td> Wir verwenden intrinsischen 8, &lt;100&gt;, 4 &quot;Durchmesser </td></tr><tr><td> HMDS (Hexamethyldisilazan) </td><td> Aldrich </td><td> 440191 </td><td></td></tr><tr><td> Fotolack </td><td> Shipley </td><td> S1813 </td><td></td></tr><tr><td> Entwickler </td><td> Shipley </td><td> MF-321 </td><td></td></tr><tr><td> Gepufferter HF - Verbesserte </td><td> TRANSENE </td><td> n / a </td><td> Die verbesserte gepufferter HF gibt eine glattere, bessere Qualität als Normalpapier etch BOE-oder HF- </td></tr><tr><td> Aceton, Methanol, Isopropanol </td><td> Jeder Anbieter </td><td> 99,8% Reinheit </td><td></td></tr></tbody></table> Tabelle 2. Microtoroid Herstellungsmaterialien. <table border="1"><tbody><tr><td> Anlagen Name </td><td> Hersteller </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Spinner </td><td> Solitec </td><td> 5110-ND </td><td> Jede Schleudereinrichtung verwendet werden. </td></tr><tr><td> Aligner </td><td> Süss Microtec </td><td> MJB 3 </td><td> Jeder Aligner verwendet werden. </td></tr><tr><td> XeF 2 Radierer </td><td> Advanced Communication Devices, Inc. </td><td> # ADCETCH2007 </td><td></td></tr></tbody></table> Tabelle 3. Mikrotoroid Fabrication Equipment. <table border="1"><tbody><tr><td> Bezeichnung des Teils </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> CO 2 </sub&gt; Laser </td><td> Synrad </td><td> Series 48 </td><td></td></tr><tr><td> 3-Achsen-Bühne </td><td> OptoSigma </td><td> 120-0770 </td><td> Erhältlich von anderen Anbietern als auch. </td></tr><tr><td> Si Reflektor Durchmesser von 1 &quot;) </td><td> II-VI </td><td> 308325 </td><td> Erhältlich von anderen Anbietern als auch. </td></tr><tr><td> Kinematische Kardanmontage (für Si-Reflektor) </td><td> Thor Labs </td><td> KX1G </td><td> Erhältlich von anderen Anbietern als auch. </td></tr><tr><td> Strahlvereiniger (1 &quot;Durchmesser) </td><td> Meller Optics </td><td> L19100008-B0 </td><td> Erhältlich von anderen Anbietern als auch. </td></tr><tr><td> 4 &quot;Objektiv mit fester Brennweite (1&quot; Durchmesser) </td><td> Meller Optik oder II-VI </td><td></td><td> Erhältlich von anderen Anbietern als auch </td></tr><tr><td> Verschiedene Beiträge, Linsenfassungen </td><td> Thor Labs, Newport, Edmund Optics oder OptoSigma </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Zoom 6000 Machine-Vision-System </td><td> Navitar </td><td> n / a </td><td> Benötigt generischen USB-Kamera und Computer für die Echtzeit-Bildgebung. Dies wird als Bausatz erworben. </td></tr><tr><td> Okularauszug für Zoom 6000-System </td><td> Edmund Optics </td><td> 54-792 </td><td> Erhältlich von anderen Anbietern als auch. </td></tr><tr><td> XZ-Achsen Positionierer für Zoom 6000 </td><td> Parker Daedal </td><td> CR4457, CR4452, 4499 </td><td> CR4457 ist, X-Achse, CR4452 Z-Achse ist, wird 4499 Halterung. </td></tr></tbody></table> Tabelle 4. CO 2-Laser-Reflow-Set-up.

fabrication of silica ultra high quality factor microresonators

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the quality factor (Q) of the cavity, can be in excess of 500ns for cavities with Q factors above 100 million. As a result of their low material losses, silica microcavities have demonstrated some of the longest photon lifetimes to date1-2. Since a portion of the circulating light extends outside the resonator, these devices can also be used to probe the surroundings. This interaction has enabled numerous experiments in biology, such as single molecule biodetection and antibody-antigen kinetics, as well as discoveries in other fields, such as development of ultra-low-threshold microlasers, characterization of thin films, and cavity quantum electrodynamics studies.3-7
The two primary silica resonant cavity geometries are the microsphere and the microtoroid. Both devices rely on a carbon dioxide laser reflow step to achieve their ultra-high-Q factors (Q&gt;100 million).1-2,8-9 However, there are several notable differences between the two structures. Silica microspheres are free-standing, supported by a single optical fiber, whereas silica microtoroids can be fabricated on a silicon wafer in large arrays using a combination of lithography and etching steps. These differences influence which device is optimal for a given experiment.
Here, we present detailed fabrication protocols for both types of resonant cavities. While the fabrication of microsphere resonant cavities is fairly straightforward, the fabrication of microtoroid resonant cavities requires additional specialized equipment and facilities (cleanroom). Therefore, this additional requirement may also influence which device is selected for a given experiment.
Introduction
An optical resonator efficiently confines light at specific wavelengths, known as the resonant wavelengths of the device. 1-2 The common figure of merit for these optical resonators is the quality factor or Q. This term describes the photon lifetime (&tau;o) within the resonator, which is directly related to the resonator's optical losses. Therefore, an optical resonator with a high Q factor has low optical losses, long photon lifetimes, and very low photon decay rates (1/&tau;o). As a result of the long photon lifetimes, it is possible to build-up extremely large circulating optical field intensities in these devices. This very unique property has allowed these devices to be used as laser sources and integrated biosensors.10
A unique sub-class of resonators is the whispering gallery mode optical microcavity. In these devices, the light is confined in circular orbits at the periphery. Therefore, the field is not completely confined within the device, but evanesces into the environment. Whispering gallery mode optical cavities have demonstrated some of the highest quality factors of any optical resonant cavity to date.9,11 Therefore, these devices are used throughout science and engineering, including in fundamental physics studies and in telecommunications as well as in biodetection experiments. 3-7,12
Optical microcavities can be fabricated from a wide range of materials and in a wide variety of geometries. A few examples include silica and silicon microtoroids, silicon, silicon nitride, and silica microdisks, micropillars, and silica and polymer microrings.13-17 The range in quality factor (Q) varies as dramatically as the geometry. Although both geometry and high Q are important considerations in any field, in many applications, there is far greater leverage in boosting device performance through Q enhancement. Among the numerous options detailed previously, the silica microsphere and the silica microtoroid resonator have achieved some of the highest Q factors to date.1,9 Additionally, as a result of the extremely low optical loss of silica from the visible through the near-IR, both microspheres and microtoroids are able to maintain their Q factors over a wide range of testing wavelengths.18 Finally, because silica is inherently biocompatible, it is routinely used in biodetection experiments.
In addition to high material absorption, there are several other potential loss mechanisms, including surface roughness, radiation loss, and contamination loss.2 Through an optimization of the device size, it is possible to eliminate radiation losses, which arise from poor optical field confinement within the device. Similarly, by storing a device in an appropriately clean environment, contamination of the surface can be minimized. Therefore, in addition to material loss, surface scattering is the primary loss mechanism of concern.2,8
In silica devices, surface scattering is minimized by using a laser reflow technique, which melts the silica through surface tension induced reflow. While spherical optical resonators have been studied for many years, it is only with recent advances in fabrication technologies that researchers been able to fabricate high quality silica optical toroidal microresonators (Q&gt;100 million) on a silicon substrate, thus paving the way for integration with microfluidics.1
The present series of protocols details how to fabricate both silica microsphere and microtoroid resonant cavities. While silica microsphere resonant cavities are well-established, microtoroid resonant cavities were only recently invented.1 As many of the fundamental methods used to fabricate the microsphere are also used in the more complex microtoroid fabrication procedure, by including both in a single protocol it will enable researchers to more easily trouble-shoot their experiments.

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Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Wir beschreiben die Verwendung von einem Kohlendioxid-Laser-Reflow-Verfahren zu Siliciumdioxid Resonanzhohlräume, einschließlich freistehenden Mikrokügelchen und On-Chip Mikrotoroide herzustellen. Der Reflow-Methode entfernt Unebenheiten, so dass lange Photonenlebensdauern innerhalb der beiden Geräte. Die daraus resultierenden Geräte verfügen über extrem hohe Güten und ermöglicht Anwendungen, die von der Telekommunikation bis Biodetektion.

Herstellung von Silica Ultra High Quality Factor Mikroresonatoren

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

16.0K Aufrufe.  University of Southern California. Wir beschreiben die Verwendung von einem Kohlendioxid-Laser-Reflow-Verfahren zu Siliciumdioxid Resonanzhohlräume, einschließlich freistehenden Mikrokügelchen und On-Chip Mikrotoroide herzustellen. Der Reflow-Methode entfernt Unebenheiten, so dass lange Photonenlebensdauern innerhalb der beiden Geräte. Die daraus resultierenden Geräte verfügen über extrem hohe Güten und ermöglicht Anwendungen, die von der Telekommunikation bis Biodetektion.

Serie: Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

The physical properties of a material are defined by its electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;) and momentum (k) and the probability to find them in a particular state with given &omega; and k is described by the spectral function A(k, &omega;). This function can be directly measured in an experiment based on the well-known photoelectric effect, for the explanation of which Albert Einstein received the Nobel Prize back in 1921. In the photoelectric effect the light shone on a surface ejects electrons from the material. According to Einstein, energy conservation allows one to determine the energy of an electron inside the sample, provided the energy of the light photon and kinetic energy of the outgoing photoelectron are known. Momentum conservation makes it also possible to estimate k relating it to the momentum of the photoelectron by measuring the angle at which the photoelectron left the surface. The modern version of this technique is called Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES) and exploits both conservation laws in order to determine the electronic structure, i.e. energy and momentum of electrons inside the solid. In order to resolve the details crucial for understanding the topical problems of condensed matter physics, three quantities need to be minimized: uncertainty* in photon energy, uncertainty in kinetic energy of photoelectrons and temperature of the sample.
In our approach we combine three recent achievements in the field of synchrotron radiation, surface science and cryogenics. We use synchrotron radiation with tunable photon energy contributing an uncertainty of the order of 1 meV, an electron energy analyzer which detects the kinetic energies with a precision of the order of 1 meV and a He3 cryostat which allows us to keep the temperature of the sample below 1 K. We discuss the exemplary results obtained on single crystals of Sr2RuO4 and some other materials. The electronic structure of this material can be determined with an unprecedented clarity.

The overall goal of this method is to determine the low-energy electronic structure of solids at ultra-low temperatures using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with synchrotron radiation.

Angle-Photoemissionsspektroskopie Bei extrem niedrigen Temperaturen

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Forschung

Ingenieurwesen

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Synthese und Mikrodiffraktion bei extremen Drücken und Temperaturen

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats &amp; Spheres

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial shape (i.e., surface figure), will converge to final surface figure with excellent surface quality under a fixed, unchanging set of polishing parameters in a single polishing iteration. In contrast, conventional full aperture polishing methods require multiple, often long, iterative cycles involving polishing, metrology and process changes to achieve the desired surface figure. The Convergent Polishing process is based on the concept of workpiece-lap height mismatch resulting in pressure differential that decreases with removal and results in the workpiece converging to the shape of the lap. The successful implementation of the Convergent Polishing process is a result of the combination of a number of technologies to remove all sources of non-uniform spatial material removal (except for workpiece-lap mismatch) for surface figure convergence and to reduce the number of rogue particles in the system for low scratch densities and low roughness. The Convergent Polishing process has been demonstrated for the fabrication of both flats and spheres of various shapes, sizes, and aspect ratios on various glass materials. The practical impact is that high quality optical components can be fabricated more rapidly, more repeatedly, with less metrology, and with less labor, resulting in lower unit costs. In this study, the Convergent Polishing protocol is specifically described for fabricating 26.5 cm square fused silica flats from a fine ground surface to a polished ~&#955;/2 surface figure after polishing 4 hr per surface on a 81 cm diameter polisher.

A novel optical polishing process, called &#8220;Convergent Polishing&#8221;, which enables faster, lower cost polishing, is described. Unlike conventional polishing processes, Convergent Polishing allows a glass workpiece to be polished in a single iteration and with high surface quality to its final surface figure without requiring changes to polishing parameters.

Convergent Polieren: Eine einfache und schnelle, Schmalrandpolierprozess der Hochwertiges optisches Wohnungen &amp; Spheres

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial ...

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve the solar conversion efficiency of a concentrated photovoltaic system. The proposed system will also lower the solar cell cost in the concentrated photovoltaic system by replacing the expensive tandem solar cells with the cost-effective single junction solar cells. The structures and the parameters of high contrast gratings for the dispersive elements were numerically optimized. The large-area fabrication of high contrast gratings was experimentally demonstrated using nanoimprint lithography and dry etching. The quality of grating material and the performance of the fabricated device were both experimentally characterized. By analyzing the measurement results, the possible side effects from the fabrication processes are discussed and several methods that have the potential to improve the fabrication processes are proposed, which can help to increase the optical efficiency of the fabricated devices.

The fabrication of high contrast gratings as the parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system is demonstrated. Fabrication processes including nanoimprint lithography, TiO2 sputtering and reactive ion etching are described. Reflectance measurement results are used to characterize the optical performance.

Herstellung von High Contrast Roste für die Spectrum Splitting dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaik-Anlage

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, building and food industries, amongst others. Polyester and coatings containing both polyester and silica nanoparticles (SiO2NPs) have been widely used to protect steel substrata from corrosion. In this study, we utilized X-ray photoelectron spectroscopy, attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy, water contact angle measurements, optical profiling and atomic force microscopy to provide an insight into how exposure to sunlight can cause changes in the micro- and nanoscale integrity of the coatings. No significant change in surface micro-topography was detected using optical profilometry, however, statistically significant nanoscale changes to the surface were detected using atomic force microscopy. Analysis of the X-ray photoelectron spectroscopy and attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy data revealed that degradation of the ester groups had occurred through exposure to ultraviolet light to form COO&#903;, -H2C&#903;, -O&#903;, -CO&#903; radicals. During the degradation process, CO and CO2 were also produced.

Two types of surfaces, polyester-coated steel and polyester coated with a layer of silica nanoparticles, were studied. Both surfaces were exposed to sunlight, which was found to cause substantial changes in the chemistry and nanoscale topography of the surface.

Die Evolution der Silica-Nanopartikel-Polyester-Beschichtungen auf Oberflächen Sonnenlicht ausgesetzt

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

Hochtemperatur Herstellung von Nanostrukturierte Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) Scaffolds durch<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon-Templating Xerogele

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a polymer film. This paper also presents a low-cost, vacuum-free fabrication method for this novel TE; the approach combines lithography, electroplating, and imprint transfer (LEIT) processing. The embedded nature of the EMTEs offers many advantages, such as high surface smoothness, which is essential for organic electronic device production; superior mechanical stability during bending; favorable resistance to chemicals and moisture; and strong adhesion with plastic film. LEIT fabrication features an electroplating process for vacuum-free metal deposition and is favorable for industrial mass production. Furthermore, LEIT allows for the fabrication of metal mesh with a high aspect ratio (i.e., thickness to linewidth), significantly enhancing its electrical conductance without adversely losing optical transmittance. We demonstrate several prototypes of flexible EMTEs, with sheet resistances lower than 1 &#937;/sq and transmittances greater than 90%, resulting in very high figures of merit (FoM) &#8211; up to 1.5 x 104 &#8211; which are amongst the best values in the published literature.

This protocol describes a solution-based fabrication strategy for high-performance, flexible, transparent electrodes with fully-embedded, thick metal mesh. Flexible transparent electrodes fabricated by this process demonstrate among the highest reported performances, including ultra-low sheet resistance, high optical transmittance, mechanical stability under bending, strong substrate adhesion, surface smoothness, and environmental stability.

Skalierbare, lösungsverarbeitete Fertigungsstrategie für leistungsstarke, flexible, transparente Elektroden mit eingebettetem Metallgewebe

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

Herstellung von ultra-dünnen Farbfilm mit stark absorbierenden Medien mit schrägen Winkel Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Flow-gestützte Dielektrophorese: Eine kostengünstige Methode für die Herstellung von Hochleistungs-Lösung-verarbeitbare Nanodraht-Geräte

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone (ITZ)

Here, we present a comprehensive method to illustrate the uneven distribution of the interfacial transition zone (ITZ) around the aggregate and the effect of aggregate surface morphology on the formation of ITZ. First, a model concrete sample is prepared with a spherical ceramic particle in roughly the central part of the cement matrix, acting as a coarse aggregate used in common concrete/mortar. After curing until the designed age, the sample is scanned by X-ray computed tomography to determine the relative location of the ceramic particle inside the cement matrix. Three locations of the ITZ are chosen: above the aggregate, on the side of the aggregate, and below the aggregate. After a series of treatments, the samples are scanned with a SEM-BSE detector. The resultant images were further processed using a digital image processing method (DIP) to obtain quantitative characteristics of the ITZ. The surface morphology is characterized at the pixel level based on the digital image. Thereafter, K-means clustering method is used to illustrate the effect of surface roughness on ITZ formation.

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone ITZ

Hereby, we proposed a protocol to illustrate the effect of aggregate surface morphology on the ITZ microstructure. The SEM-BSE image were quantitatively analyzed to obtain ITZ's porosity gradient via digital image processing and a K-means clustering algorithm was further employed to establish a relationship between porosity gradient and surface roughness.

Bestimmung der aggregierten Oberflächenmorphologie in der Grenzflächenübergangszone (ITZ)

Here, we present a comprehensive method to illustrate the uneven distribution of the interfacial transition zone (ITZ) around the aggregate and the effect ...