This program has been supported by the Australian Government through the Australian Renewable Energy Agency (ARENA). Responsibility for the views, information or advice expressed herein is not accepted by the Australian Government.

1. Versuchsaufbau <ol><li> Suchen Sie einen geeigneten Abzug für die Messtechnik und keine irrelevanten Ausrüstung, um eine bessere Luftströmung zu ermöglichen und zu reduzieren laden zu entfernen. Andere als Fluorwasserstoffsäure (HF) Chemikalien im Abzug nicht mehr verwenden. </li><li> Testen Sie die Qualität des deionisierten (DI) Wasser aus dem Hahn in der Abzugshaube mit einem Leitfähigkeitsmessgerät. Sicherzustellen, dass das DI-Wasser hat eine Leitfähigkeit von höchstens 0.055 uS / cm bei einer Temperatur von 20 ° C. </li><li> Legen Sie eine Minoritätsträger-Lebensdauer-Tester in den Abzug. Schließen Sie die Kabel an einen Computer, der auf einem Tisch außerhalb des Abzugshaube befindet. </li><li> Schalten Sie den Computer ein und Lebensdauer-Tester. Öffnen Sie die Lebensdauer-Tester Datei auf dem Computer und klicken Sie auf die &quot;Maßnahme&quot; Button, um eine korrekte Kommunikation zwischen Computer und der Lebensdauer-Tester zu gewährleisten. Die Lichtquelle auf die Lebensdauer Tester sollte blinken, wenn der Computer und Tester korrekt angeschlossen sind. </li&gt; <li> Legen Sie eine Halogenlampe im Inneren der Abzugshaube. Positionieren der Lampe, so daß sie die Lebensdauer Tester Stadium, in dem die Probe angeordnet werden beleuchten. </li><li> Verbinden die Halogenlampe mit einer Energiequelle, die außerhalb der Abzugshaube angeordnet sein sollte. Wenn der Halogenlampe eingeschaltet ist, sollte seine Intensität mindestens 0,02 W / cm 2 auf die Lebensdauer Tester Bühne. </li></ol> 2. Vorbereitung des 15% HF-Lösung Hinweis: HF ist eine gefährliche chemische und müssen mit Sorgfalt behandelt werden. Es bewirkt, dass langsame, anhaltende und tiefe Schäden an den Körper nach der Exposition. HF nicht leicht die Haut verbrennen wie andere Säuren - sondern es zieht schnell in die Haut und verursacht tiefe Blasenbildung und Schäden an Knochen. Dies bedeutet, dass Knochen brüchig und Blasen als das Fluor mit Calcium reagiert. HF bindet auch mit freiem Calcium, die in Nervenregulierung und osmotischen Zelle Bilanz verwendet wird, so dass die Bindung von freiem Kalzium im Körper kann tödlich sein. Es ist wichtig, dassder Benutzer folgt Laborsicherheitsprotokolle bei Verwendung von HF, und gewährleistet sie die Lage des HF Verbandskasten und Hexafluorine (oder Calciumgluconat-Gel) kennen. <ol><li> Legen Sie ein chemisch gereinigt runde Kunststoffbehälter (H: 55 mm, D: 170 mm) in den Abzug (der gleiche wie in Abschnitt 1). Der Behälter muss einen klaren Kunststoffdeckel. Siehe Abschnitt 6 auf, wie man chemisch reinigen Sie den Behälter vor der Verwendung. </li><li> Deaktivieren Sie das Gebiet rund um den Kunststoffbehälter im Abzug, so dass die HF-Lösung kann ohne Hindernisse in der Nähe vorbereitet werden. </li><li> Übernehmen Sie alle persönliche Schutzausrüstung (PSA). </li><li> ACHTUNG: In 50 ml HF und 100 ml entionisiertem Wasser (H 2 O) in den Behälter. </li><li> ACHTUNG: In 20 ml Salzsäure (HCl), um den Behälter und mischen das H 2 O: HF: HCl-Lösung unter Verwendung von Kunststoff-Pinzette. Spülen Sie die Pinzette anschließend gründlich. </li><li> ACHTUNG: Setzen Sie den Deckel auf der Kunststoffbehälter und ermöglichen die solutizu 1 Stunde absetzen. Während dieser Zeit werden HF Dämpfe am Deckel kondensiert. </li><li> Angemessene Kennzeichnung den Container, und machen deutlich, dass es HF enthält. Hinweis: Die HF-Lösung wird 1-2 Monate bei starkem Einsatz dauern. Daher gibt es keine Notwendigkeit, die Lösung jedesmal, wenn eine Messung durchgeführt werden soll ersetzen. </li></ol> 3. Kalibrierung des Lifetime-Tester <ol><li> Lokalisieren mindestens 6 Siliciumscheiben bekannt Widerstand und Leitfähigkeit besitzen. Im Idealfall sollte der Widerstandsbereich von 0,1 bis 100 Ω-cm erstrecken. </li><li> Auf dem Computer, öffnen Sie die Lebensdauer-Tester Kalibrierungsdatei. Geben Sie den Widerstand von jedem Wafer in der Tabelle und klicken Sie auf &quot;Update # von Wafern. </li><li> Klicken Sie auf den &quot;Get Daten &#39;in der Kalibrierungsdatei, und geben Sie die Details der Lebensdauer-Tester. </li><li> Übernehmen alle erforderlichen PPE. </li><li> ACHTUNG: Setzen Sie die Kunststoffbehälter mit der HF-Lösung auf die Lebensdauer Tester Bühne und positionieren Sie es über der Induktionsspule (blu gefüllte Kreisbereich). </li><li> Wenn Sie aufgefordert, die &quot;Luftspannung&quot; auf dem Computer zu messen, messen Sie die Spannung des HF-Lösung durch Klicken auf die Schaltfläche &quot;OK&quot;. In diesem Fall wurde die Luft durch die Leitfähigkeit der HF-Lösung ersetzt. </li><li> ACHTUNG: den Behälter mit HF von der Bühne gefüllt Entfernen Sie vorsichtig und legen Sie sie auf dem Abzug Bank. Den Deckel vorsichtig entfernen. </li><li> ACHTUNG: Wenn der Deckel von dem Behälter entfernt worden ist, Eintauchen der ersten Siliziumwafer in die HF-Lösung unter Verwendung von Kunststoff-Pinzette. Setzen Sie den Deckel wieder auf den Behälter. </li><li> ACHTUNG: Setzen Sie die Kunststoffbehälter wieder auf die Lebensdauer Tester Bühne und positionieren Sie es über der Induktionsspule. Stellen Sie sicher, die Siliziumscheibe über der Spule (blauer Kreis-Region) zentriert ist. </li><li> Wenn Sie aufgefordert, die &quot;Probenspannung&quot; auf dem Computer zu messen, klicken Sie noch einmal die Schaltfläche &#39;OK&#39;. Entfernen Sie den Behälter von der Bühne und auf dem Abzug Bank. </li><li> ACHTUNG: Vorsichtig r<html> eMove die Silizium-Wafer von der HF-Lösung unter Verwendung von Kunststoff-Pinzette und spülen Sie die Wafer in den dedizierten Spülung Bechergläser. Führen Sie eine abschließende Spülung unter fließendem Wasser in der Abzugshaube. </li><li> ACHTUNG: Setzen Sie den Deckel wieder auf den Behälter, und positionieren Sie den Behälter wieder auf die Lebensdauer Tester Bühne. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3,6 bis 3,12, bis alle Proben wurden gemessen. </li><li> Nachdem alle Proben gemessen worden sind, klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Fit Daten&quot; in der Kalibrierungsdatei. Dies wird eine parabolische Kurve an die gemessenen Daten passen und Kalibrierungskoeffizienten A, B und C, die spezifisch für diese Konfiguration sind. </li><li> Auf dem Computer, öffnen Sie die Lebensdauer-Tester-Datei und klicken Sie auf die Registerkarte &quot;Einstellungen&quot;. Geben Sie in der neuen Kalibrierungskoeffizienten A, B und C für die HF-Setup. Speichern Sie die Datei unter einem neuen Namen. Hinweis: Die HF-Setup erfordert nur eine Kalibrierung alle 6 Monate. Daher gibt es keine Notwendigkeit, den Aufbau jeder Messung durchgeführt werden soll kalibrieren. </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. Wet Chemische Behandlung von Silizium-Wafern vor der Messung <ol><li> Bereiten Standard saubere 1 (SC 1). <ol><li> ACHTUNG: In einer alkalischen zugeordnet Abzugshaube, fügen Sie 185 ml Ammoniumhydroxid (NH 4 OH), um 1295 ml VE-Wasser in einem 2 l Becherglas. </li><li> Vorsicht: das Becherglas auf eine Heizplatte gegeben und das H 2 O: NH 4 OH-Lösung auf eine Temperatur von ca. 50 ° C. Verwenden Sie ein Uhrglas in das Becherglas abdecken. </li><li> ACHTUNG: Sobald die H 2 O: NH 4 OH-Lösung wurde eine Temperatur von ca. 50 ° C erreicht, Hinzufügen von 185 ml Wasserstoffperoxid (H 2 O 2) und weiter zu erhitzen bis die Temperatur ~ 75 ° C. Dieses H 2 O: NH 4 OH: H 2 O 2 Lösung wird als SC 1 bekannt. Hinweis: SC 1 sollte täglich effektiv saubere Siliziumscheiben geändert werden. </li></ol></li><li> Bereiten Standard sauber 2 (SC 2). <ol><li> ACHTUNG: In einer Säure zugeordnet Dunstabzug,Add 185 ml HCl auf 1295 ml VE-Wasser in einem 2 l Becherglas. </li><li> ACHTUNG: Stellen Sie das Becherglas auf einer Heizplatte und erhitzen das H 2 O: HCl-Lösung auf eine Temperatur von ~ 50 ° C. Verwenden Sie ein Uhrglas in das Becherglas abdecken. </li><li> ACHTUNG: Nachdem die H 2 O: HCl-Lösung eine Temperatur von ca. 50 ° C erreicht, Hinzufügen von 185 ml H 2 O 2, weiter erhitzen und bis die Temperatur ~ 75 ° C. Dieses H 2 O: HCl: H 2 O 2 Lösung wird als SC 2 bekannt. Hinweis: Ändern SC 2 täglich, um effektiv saubere Siliziumwafern. </li></ol></li><li> Bereiten Sie die Silizium Ätzlösung. <ol><li> In einer alkalischen zugeordnet Abzugshaube, fügen Sie 1600 ml Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) an eine chemisch saubere 2 L Becherglas. Siehe Abschnitt 6 auf, wie man chemisch reinigen das Becherglas vor der Verwendung. </li><li> Das Becherglas wird auf eine heiße Platte gegeben und das TMAH-Lösung auf eine Temperatur von ~ 856; C. Verwenden Sie ein Uhrglas in das Becherglas abdecken. Hinweis: Die TMAH-Lösung brauchen nicht zu ändern, bis es zu kristallisieren beginnt, das heißt, nach 1 Monat. </li></ol></li><li> Führen Sie die nasschemische Behandlung. <ol><li> Last Proben in eine Quarzschale und legen Sie sie in einem gemeinsamen HF-Lösung im Labor. Die Konzentration ist nicht kritisch. </li><li> Nach ~ 10 Sekunden oder einmal die Proben werden hydrophobe (Pull trocken), entfernen Sie die Halterung von der HF-Lösung und spülen Sie mit 3 Bechergläser mit DI-Wasser gefüllt. </li><li> Transportieren Sie die Wiege der Wafer an der Abzugshaube, wo SC 1 hergestellt worden ist. Beim SC 1 wurde bei ~ 75 ° C stabilisiert, langsam tauchen Sie die Wiege der Wafer in SC 1. </li><li> Reinigen Sie die Scheiben in SC 1 für 10 min. </li><li> Nach 10 Minuten abgelaufen ist, entfernen Sie die Wiege der Wafer von SC 1 und spülen Sie sie mit Hilfe von drei 2 L Bechergläser mit DI-Wasser gefüllt ist. Chemisch reinigen diese Bechergläser vor mit DI-Wasser füllt sie. Siehe Abschnitt 6 aufwie die Bechergläser chemisch reinigen. </li><li> Nach dem Spülen, legen Sie die Proben in einer HF-Lösung, die nur für die Zeit nach SC 1 Verarbeitung gewidmet ist. Die Konzentration ist nicht kritisch. </li><li> Nach ~ 10 Sekunden oder einmal die Proben werden hydrophobe (Pull trocken), entfernen Sie die Halterung von der HF-Lösung und spülen Sie mit 3 Bechergläser mit DI-Wasser gefüllt. Verwenden Sie die gleichen Bechern, wie in Schritt 4.4.5. </li><li> Transportieren Sie die Wiege der Wafer an der Abzugshaube, wo SC 2 vorbereitet wurde. Beim SC 2 wurde bei ~ 75 ° C stabilisiert, langsam tauchen Sie die Wiege der Wafer in SC 2. </li><li> Reinigen Sie die Scheiben in SC 2 für 10 min. </li><li> Nach 10 Minuten abgelaufen ist, entfernen Sie die Wiege der Wafer von SC 2 und spülen Sie sie mit 3 Bechergläser mit DI-Wasser gefüllt. Verwenden Sie die gleichen Bechern, wie in Schritt 4.4.5. Anmerkung: Die Wiege Wafer könnte in einer der Spülung Becher mit entionisiertem Wasser gefüllt bis zum folgenden Tag gelagert werden. </li><li> Nach dem Spülen, legen Sie die Proben in einer HF-Lösung, die nur für Post gewidmet istSC 2 Verarbeitung. Die Konzentration ist nicht kritisch. </li><li> Nach ~ 10 Sekunden oder einmal die Proben werden hydrophobe (Pull trocken), entfernen Sie die Halterung von der HF-Lösung und spülen Sie mit 3 Bechergläser mit DI-Wasser gefüllt. Verwenden Sie die gleichen Bechern, wie in Schritt 4.4.5. </li><li> Transportieren Sie die Wiege der Wafer an der Abzugshaube, wo die TMAH-Lösung wurde vorbereitet. Wenn die TMAH-Lösung wurde auf ~ 85 ° C stabilisiert wird, langsam tauchen die Halterung von Wafern in die TMAH-Lösung. </li><li> Ätzen der Wafer in TMAH während 5 min. Dies wird ~ 5 &amp; mgr; m von Silizium zu entfernen. </li><li> Nach 5 Minuten verstrichen ist, entfernen Sie die Wiege der Wafer aus der TMAH-Lösung und spülen Sie sie mit 3 Bechergläser mit DI-Wasser gefüllt. Verwenden Sie die gleichen Bechern, wie in Schritt 4.4.5. Mehr als 3 Spülgänge könnte genauso TMAH erforderlich ist sehr &quot;klebrig&quot;. </li><li> Transportieren Sie die Wiege der Wafer in DI-Wasser auf den Abzug, wo das Experiment eingerichtet wurde. Siehe Abschnitt 1.1. </li><li> Messen Sie die hergestellten Siliziumwafern innerhalb von 2 h nach step 4.4.16. </li></ol></li></ol> 5. Messverfahren <ol><li> Übernehmen alle erforderlichen PPE. </li><li> Füllen Sie zwei 2 l Kunststoffbecher mit DI-Wasser und legen Sie sie in der Abzugshaube. Diese werden zum Spülen des Siliziumproben Postmessung verwendet werden. </li><li> Zeigen Kunststoff-Pinzette in einen leeren 500 ml Kunststoffbecher und Platz im Inneren der Abzugshaube in der Nähe der Spülung Bechergläser. Diese Pinzette wird verwendet, um die Siliziumproben zu behandeln. </li><li> Auf dem Computer, öffnen Sie die Lebensdauer-Tester-Datei. Stellen Sie sicher, die Datei enthält die korrekten Kalibrierungskoeffizienten für die HF-Messaufbau. Siehe Abschnitt 3. </li><li> In der Lebenszeit-Tester-Datei, wählen Sie den Modus &quot;Transient&quot;. Erfassen der Angaben des Siliziumwafers gemessen werden soll, beispielsweise Dicke, Widerstand und Dotierungsart. </li><li> ACHTUNG: Stellen Sie den Behälter (Deckel) mit HF gefüllt auf die Bühne der Lebensdauer Tester und zentrieren es über die Induktionsspule (blauer Kreis-Region). Lassen Sie die Lösung zufrieden geben1 Minute. </li><li> Auf dem Computer, klicken Sie auf den &quot;Nullinstrument&quot; Button in der Lebenszeit-Tester-Datei. Dies wird die Spannung der Lösung zu messen. Anmerkung: Mit der Zeit wird die Lösung Spannung zu verringern, weil die Zusammensetzung der Lösung mit der Zeit ändert. Unabhängig davon hat der HF-Lösung keine Verschlechterung in seinem passivierende Qualität, weshalb die Lösung für 1-2 Monate ohne Änderung verwendet werden, zeigen. </li><li> ACHTUNG: den Behälter von der Lebensdauer-Tester Stadium Entfernen Sie vorsichtig und legen Sie sie auf dem Abzug Bank. </li><li> ACHTUNG: den Deckel vorsichtig aus dem Behälter mit der HF-Lösung gefüllt. Wenn es irgendeine Kondensation auf dem Deckel, sorgfältig spülen Sie den Deckel in DI-Wasser mit dem Wasserhahn in der Abzugshaube. </li><li> ACHTUNG: die erste Silizium-Wafer in die HF-Lösung vorsichtig einzutauchen. Verwendung der Kunststoff-Pinzette, leicht nach unten drücken, auf der Siliziumscheibe zu gewährleisten, ist es auf dem Boden des Behälters sitzt. </li><li> Spülen Sie die Pinzettes und legen Sie sie zurück in den leeren 500 ml Kunststoffbecher. </li><li> ACHTUNG: Setzen Sie vorsichtig den Deckel wieder auf den Behälter und dann stellen Sie den Behälter auf die Lebensdauer Tester Bühne. Stellen Sie sicher, die Siliziumscheibe über die Induktionsspule (blauer Kreis Region) positioniert ist. </li><li> Spülen Sie und Ihre Handschuhe trocknen. Entfernen Sie vor der Inbetriebnahme des Computers. </li><li> Wenn das Fluoreszenzlicht im Abzug eingeschaltet ist, muss sie abgeschaltet werden, bevor eine Messung durchgeführt werden soll. Während der Messung wird minimale Licht erforderlich. </li><li> Schalten die Halogenlampe auf, und sicherzustellen, dass er die Beleuchtung des Siliziumwafers durch den Deckel des Kunststoffbehälters. Zeit für 1 min (die genaue Zeit nicht kritisch ist). </li><li> Während der Beleuchtungszeit, klicken Sie auf den &#39;Measure&#39; Button in der Laufzeit-Datei auf dem Computer. Ein kleines Fenster mit der Bezeichnung &quot;Taking Daten&quot; wird angezeigt. </li><li> In der &quot;Taking Daten &#39;Fenster, geben Sie einen Namen für die Datei. Unter &quot;Probenmittel &#39;select 10. </li><li> Wenn der Silizium-Wafer wurde für 1 min belichtet wurde, schalten Sie die Halogenlampe aus und klicken Sie auf die sofort &quot;Durchschnitt&quot; im Fenster &quot;Taking Daten&quot;. Die Lebensdauer Tester 10 mal blinken, und der Mittelwert der Lebensdauermessungen. ANMERKUNG: Wenn die Halogenlampe ausgeschaltet ist, wird die Passivierung der Siliziumwafer beginnen sich zu zersetzen, und daher ist es wichtig, sofort nach der Bestrahlung zu messen, um die besten Ergebnisse zu erzielen. </li><li> Wenn die Mittelwertbildung abgeschlossen ist, klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;OK&quot; im Fenster &quot;Taking Daten&quot;. </li><li> Ist eine weitere Messung erforderlich ist, wiederholen Sie die Schritte von 5,15 bis 5,18. </li><li> ACHTUNG: Sobald die Messung abgeschlossen ist, entfernen Sie den Behälter von der Lebensdauer-Tester Bühne und platzieren Sie es auf dem Abzug Bank. </li><li> ACHTUNG: den Deckel vorsichtig aus dem Behälter mit der HF-Lösung gefüllt. Wenn es irgendeine Kondensation auf den Deckel vorsichtig den Deckel gründlich in DI-Wasser mit dem Wasserhahnim Abzug. </li><li> ACHTUNG: Entfernen Sie vorsichtig die Silizium-Wafer von der HF-Lösung unter Verwendung von Kunststoff-Pinzette und spülen Sie die Wafer in den dedizierten Spülung Bechergläser. Führen Sie eine abschließende Spülung unter fließendem Wasser in der Abzugshaube. </li><li> Wenn mehrere Proben gemessen werden sollen, wiederholen Sie die Schritte von 5,10 bis 5,23. </li><li> Sobald alle Proben gemessen worden sind, sicherzustellen, dass der Deckel auf dem Behälter angeordnet und speichern die HF-Lösung in der Abzugshaube. Stellen Sie sicher, der Behälter ausreichend zu kennzeichnen. </li><li> Spülen Sie alle Becher und Pinzette und speichern sie in ihren zugewiesenen Stellen im Labor. </li><li> Lassen Sie die Lebensdauer-Tester in der Abzugshaube 1 Stunde nach Gebrauch bleiben und dann entfernen Sie sie aus der Abzugshaube. </li></ol> 6. Chemische Reinigung der Becher und Container <ol><li> In einer alkalischen zugeordnet Dunstabzug, bereiten ein SC-1-Lösung wie in den Abschnitten 4.1.1-4.1.4 beschrieben. </li><li> Chemisch reinigen Bechern und Behältern, gießen Sie den SC-1-Lösung in die Bechergläser / Behältern. Die Bechergläser can nur gereinigt eine zu einem Zeitpunkt wird. </li><li> Lassen Sie die Lösung reinigen Sie den Becher / Container für 10 min. Wenn der Becher / Behälter aus Kunststoff ist, kann sie nicht auf eine heiße Platte gesetzt werden, und daher ist die SC-1-Lösung wird in der Rein abkühlen. Dies hat keinen Einfluss auf den Reinigungsprozess. </li><li> Nach 10 Minuten, gießen Sie den SC-1-Lösung in ein anderes Becherglas / Container, wenn sie gereinigt werden auch. Ansonsten lassen Sie die SC-1-Lösung cool in einem großen Becherglas. Einmal abgekühlt, SC 1 können in den Ausguss mit fließendem Wasser gegossen werden. </li><li> Spülen SC 1 gereinigt Becher / Behälter in DI-Wasser. </li><li> In einer Säure zugewiesenen Abzugshaube, bereiten eine SC-2-Lösung wie in den Abschnitten 4.2.1-4.2.4 beschrieben. </li><li> Gießen Sie den SC 2-Lösung in das Becherglas / Behälter aus Schritt 6.5. Lassen Sie die Lösung in den Becher / Container für 10 Minuten reinigen. </li><li> Nach 10 Minuten, gießen Sie den SC 2-Lösung in ein anderes Becherglas / Container, wenn sie gereinigt werden auch. Ansonsten lassen Sie den SC 2 Lösung cool in einem großen Becherglas. Nach dem Abkühlen SC 2 t nach unten gegossen werdener mit fließendem Wasser versinken. </li><li> Spülen SC 2 gereinigt Becher / Behälter in DI-Wasser. Der Becher / Container wird nun chemisch gereinigt. </li></ol>

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Soc. 137 (6), 1887-1892 (1990).</li><li>Angermann, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wet-chemical+passivation+of+atomically+flat+and+structured+silicon+substrates+for+solar+cell+application.">Wet-chemical passivation of atomically flat and structured silicon substrates for solar cell application.</a> App. Surf. Sci. 254 (12), 3615-3625 (2008).</li><li>Angermann, H., Henrion, W., Rseler, A., Rebien, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wet-chemical+passivation+of+Si(111)-+and+Si(100)-substrates.">Wet-chemical passivation of Si(111)- and Si(100)-substrates.</a> Mat. Sci. Eng. B. 73 ((1-3)), 178-183 (2000).</li><li>Bertagna, V., Plougonven, C., Rouelle, F., Chemla, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=p-+and+n-type+silicon+electrochemical+properties+in+dilute+hydrofluoric+acid+solutions.">p- and n-type silicon electrochemical properties in dilute hydrofluoric acid solutions.</a> J. Electrochem. Soc. 143 (11), 3532-3538 (1996).</li><li>Bertagna, V., Erre, R., Rouelle, F., Chemla, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+components+dependence+of+the+charge+transfer+reactions+at+the+silicon/HF+solution+interface.">Ionic components dependence of the charge transfer reactions at the silicon/HF solution interface.</a> J. Solid State Electrochem. 4 (1), 42-51 (1999).</li><li>Kolasinski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanism+of+Si+etching+in+fluoride+solutions.">The mechanism of Si etching in fluoride solutions.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 5 (6), 1270-1278 (2003).</li><li>Trucks, G. W., Raghavachari, K., Higashi, G. S., Chabal, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+HF+etching+of+silicon+surfaces:+A+theoretical+understanding+of+hydrogen+passivation.">Mechanism of HF etching of silicon surfaces: A theoretical understanding of hydrogen passivation.</a> Phys. Rev. Lett. 65 (4), 504-507 (1990).</li><li>Zhang, X. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrochemistry of silicon and its oxide. , (2001).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Die erfolgreiche Durchführung der oben beschriebenen Silicium-Volumenlebensdauermessung Technik basiert auf drei kritischen Schritte, (i) das chemische Reinigen und Ätzen der Silizium-Wafer, (ii) Eintauchen in eine 15% HF-Lösung und (iii) Beleuchtung für 1 min 17 basierend, 18,19. Ohne diesen Schritten kann der Volumenlebensdauer nicht mit Sicherheit bestimmt werden. Da die Messtechnik bei RT durchgeführt wird, ist die Oberflächenpassivierqualität sehr anfällig gegenüber ...

Hohe Lebensdauer (&gt; 1 ms) monokristallinem Silizium wird für hocheffizienten Solarzellen immer wichtiger. Das Verständnis der Rekombination Eigenschaften der eingebetteten Verunreinigungen ist und bleibt ein wichtiges Thema. Einer der am häufigsten verwendeten Techniken, um die Rekombinationsaktivität wachsenen Defekte zu prüfen ist, indem eine Photoleitfähigkeit Verfahren 1. Durch diese Technik ist es oft schwierig, vollständig getrennte Fläche aus Schütt Rekombination, wodurch es schwierig ist, die Rekombination Charakteristika wachsenen Defekte zu prüfen. Glücklicherweise gibt es mehrere dielektrische Schichten, die sehr niedrige effektive Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten (S eff) von &lt;5 cm / s erreichen kann und somit Oberflächenrekombination wirksam hemmen. Diese sind, Siliziumnitrid (SiNx: H) 2, Aluminiumoxid (Al 2 O 3) 3 und amorphes Silizium (a-Si: H) 4. Die Abscheidung und einTempern Temperaturen (~ 400 ° C) dieser dielektrischen Filme werden als gering eingeschätzt genug, um nicht endgültig die Rekombination Aktivität der eingewachsene Defekte zu deaktivieren. Beispiele hierfür sind die Eisen-Bor-5 und Borsauerstoff 6 Defekten. Jedoch kürzlich festgestellt, dass Leerstellen-Sauerstoff und Leerstellen-Phosphor Fehlern n -Typ Czochralski (Cz) Silizium vollständig bei Temperaturen von 250-350 ° C 7,8 deaktiviert. Ebenso ein Defekt in Floatzone (FZ) P-Typ-Silizium wurde festgestellt, bei ~ 250 ° C 9 zu deaktivieren. Daher können herkömmliche Passivierungstechniken wie Plasma verstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD) und Atomlagenabscheidung (ALD) nicht geeignet zur Hemmung Oberflächenrekombination zu eingewachsenen Defekten im Volumen zu untersuchen. Weiterhin SiN x: H und a-Si: H-Schichten wurde gezeigt, Bulk-Silizium Fehlern durch Hydrierung 10,11 deaktivieren. Deshalb, um die Rekombinationsaktivität o prüfen<html> f wachsene Defekte, eine RT Oberflächenpassivierung Technik wäre ideal. Nasschemische Oberflächenpassivierung erfüllt diese Anforderung. In den 1990er Jahren Horanyi et al., Dass das Eintauchen in Silizium-Wafern Iod-ethanol (IE) Lösungen stellt ein Mittel bereit, um Silizium-Wafer zu passivieren, das Erreichen S eff &lt;10 cm / sec. 12 2007 Meier et al. Zeigten, dass Iod-Methanol (IM) Lösungen können die Oberflächenrekombination bis 7 cm / sec 13 zu verringern, während im Jahr 2009 Chhabra et al., Dass S eff von 5 cm / sec durch Eintauchen Siliziumwafer erreicht werden in Chinhydron-methanol (QM) Lösungen 14,15. Trotz der ausgezeichneten Oberflächenpassivierung von IE, IM und QM-Lösungen erreicht, liefern sie keine ausreichende Oberflächenpassivierung (S eff &lt;5 cm / sec), um die Masse Lebensdauer von hochreinem Silizium-Wafern zu messen. nt &quot;&gt; Ein anderes Mittel, um ein hohes Niveau der Oberflächenpassivierung durch Eintauchen Siliziumwafern in HF-Säure 1986, die eine Aufzeichnung niedriger S eff gezeigt erreicht wird. Der Begriff der Verwendung von HF, um Silizium-Wafer zu passivieren, wurde zuerst von Yablonavitch et al. 0,25 ± 0,5 cm / sec. 16 zwar eine ausgezeichnete Oberflächen Passivierung auf hohem spezifischen Widerstand Wafer erreicht haben wir das Verfahren als nicht reproduzierbar, so dass die Zugabe einer großen Unsicherheit der Messung der Lebensdauer. Daher, um die Unsicherheit durch die konsequente Verwirklichung begrenzen fand eine sehr niedrige S eff (~ 1 cm / sec), haben wir ein neues HF Passivierung Technik, die drei kritischen Schritte umfasst, (i) das chemische Reinigen und Ätzen von Siliciumwafern, (ii) Eintauchen in eine 15% HF-Lösung und (iii) entwickelten Beleuchtung für 1 min 17,18. Dieses Verfahren ist einfach und zeitsparend im Vergleich zum herkömmlichen PECVD und ALD-Abscheidungstechniken oben aufgeführt.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Hydrofluoric acid (48%)</td>
			<td>Merck Millipore,&#160; &#160;http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrofluoric-acid-48%25,MDA_CHEM-100334</td>
			<td>1003340500</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid 32%, AR</td>
			<td>ACI Labscan, http://www.rcilabscan.com/modules/productview.php?product_id=1985</td>
			<td>107209</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonia (30%) Solution AR</td>
			<td>Chem-supply, https://www.chemsupply.com.au/aa005-500m</td>
			<td>AA005</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen Peroxide (30%)</td>
			<td>Merck Millipore, http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrogen-peroxide-30%25,MDA_CHEM-107209</td>
			<td>1072092500</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetramethylammonium hydroxide (25% in H2O)</td>
			<td>J.T Baker, https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4562992</td>
			<td>5879-03</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>640 mL round plastic container</td>
			<td>Sistema, http://sistemaplastics.com/products/klip-it-round/640ml-round</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This is a good container for storing the 15% HF solution in.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WCT-120 lifetime tester</td>
			<td>Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com/Sinton-Instruments-WCT-120.html</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dell workstation with Microsoft Office Pro, Data acquisition card and software including Sinton Software under existing license.</td>
			<td>Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Halogen optical lamp, ELH 300W, 120V</td>
			<td>OSRAM Sylvania, http://www.sylvania.com/en-us/products/halogen/Pages/default.aspx</td>
			<td>54776</td>
			<td>Any equivalent lamp could be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Voltage power source</td>
			<td>Home made power supply</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Any power supply could be used provided it can produce up to 90 Volts and 1-5 Amps.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductivity meter</td>
			<td>WTW, http://www.wtw.de/uploads/media/US_L_07_Cond_038_049_I_02.pdf</td>
			<td>LF330</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

light enhanced hydrofluoric acid passivation: a sensitive technique for detecting bulk silicon defects

Ein Verfahren, um die Volumenlebensdauer (&gt; 100 &amp; mgr; s) von Silizium-Wafern durch zeitweises Erreichen einer sehr hohen Oberflächenpassivierung beim Eintauchen der Wafer in Fluorwasserstoffsäure (HF) dargestellt messen. Durch dieses Verfahren drei wesentliche Schritte sind erforderlich, um die Volumenlebensdauer zu erreichen. Erstens, vor dem Eintauchen in die Siliziumwafer HF, sie chemisch gereinigt und anschließend in 25% Tetramethylammoniumhydroxid geätzt. Zweitens werden die chemisch behandelten Wafer dann in einen großen Plastikbehälter mit einer Mischung aus HF und Salzsäure gefüllt ist, und dann über eine Induktionsspule für die Photoleitfähigkeit (PC) Messungen zentriert. Drittens, die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit zu hemmen und Messung der Volumenlebensdauer werden die Wafer bei 0,2 Sonnen für 1 min unter Verwendung einer Halogenlampe beleuchtet wird, wird das Beleuchtungs abgeschaltet und ein PC Messung erfolgt sofort. Durch dieses Verfahren können die Eigenschaften des massiven Silizium Defekte genau bestimmt werden. Pelzhinaus, es wird erwartet, dass eine empfindliche RT Oberflächenpassivierung Technik wird zwingend notwendig für die Prüfung Bulk-Silizium-Defekte werden, wenn ihre Konzentration niedrig ist (&lt;10 12 cm -3).

1A zeigt eine schematische und Figur 1b zeigt eine Fotografie des Versuchsaufbaus. Wenn ein Siliziumwafer in der HF-Lösung eingetaucht, anschließend auf die Lebensdauer Tester Tisch gelegt und eine Messung wird durchgeführt (vor der Bestrahlung), eine Lebensdauer-Kurve, die durch Oberflächenrekombination beschränkt resultieren, wie durch die blaue Dreiecke in Figur 2 gezeigt. jedoch, wenn die Probe für 1 Minute belichtet (während in HF eingetaucht) wird, wie in <...

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Light Enhanced Hydrofluoric Acid Passivation: A Sensitive Technique for Detecting Bulk Silicon Defects

Leicht verbesserte Flusssäure Passivierung: eine empfindliche Technik zum Nachweis von Bulk-Silizium-Defekte

A RT flüssige Oberflächenpassivierung Technik, um die Rekombination Aktivität von Bulk-Silizium-Defekte zu untersuchen beschrieben. Für die Technik erfolgreich ist, drei kritische Schritte erforderlich sind: (i) chemische Reinigen und Ätzen von Silizium, (ii) Eintauchen des Silizium in 15% Fluorwasserstoffsäure und (iii) Beleuchtungs für 1 min.

A procedure to measure the bulk lifetime (&#62;100 &#181;sec) of silicon wafers by temporarily attaining a very high level of surface passivation when ...

light-enhanced-hydrofluoric-acid-passivation-sensitive-technique-for

Research

JoVE Journal

Engineering

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Serie: Light Enhanced Hydrofluoric Acid Passivation: A Sensitive Technique for Detecting Bulk Silicon Defects

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen mit Plasmonische-enhanced Light-Trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Forschung

Ingenieurwesen

Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation

High-intensity focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To enhance localized heating and improve thermal ablation in tumors, lipid-coated perfluorocarbon droplets have been developed which can be vaporized by HIFU. The vasculature in many tumors is abnormally leaky due to their rapid growth, and nanoparticles are able to penetrate the fenestrations and passively accumulate within tumors. Thus, controlling the size of the droplets can result in better accumulation within tumors. In this report, the preparation of stable droplets in a phase-shift nanoemulsion (PSNE) with a narrow size distribution is described. PSNE were synthesized by sonicating a lipid solution in the presence of liquid perfluorocarbon. A narrow size distribution was obtained by extruding the PSNE multiple times using filters with pore sizes of 100 or 200 nm. The size distribution was measured over a 7-day period using dynamic light scattering. Polyacrylamide hydrogels containing PSNE were prepared for in vitro experiments. PSNE droplets in the hydrogels were vaporized with ultrasound and the resulting bubbles enhanced localized heating. Vaporized PSNE enables more rapid heating and also reduces the ultrasound intensity needed for thermal ablation. Thus, PSNE is expected to enhance thermal ablation in tumors, potentially improving therapeutic outcomes of HIFU-mediated thermal ablation treatments.

Phase-shift nanoemulsions (PSNE) can be vaporized using high intensity focused ultrasound to enhance localized heating and improve thermal ablation in tumors. In this report, the preparation of stable PSNE with a narrow size distribution is described. Furthermore, the impact of vaporized PSNE on ultrasound-mediated ablation is demonstrated in tissue-mimicking phantoms.

Synthese von Phase-shift Nanoemulsionen mit enger Größenverteilung für Acoustic Droplet Vaporisation und Bubble-enhanced Ultraschall-vermittelte Ablation

High-intensity  focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To  enhance localized heating and improve thermal ablation in ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Kontakt Dotierung von Silizium-Oberflächen und Nanodrähte Mit Phosphororganische Verbindungen

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

Flammen-Experimente an der Advanced Light Source: Neue Einblicke in Rußbildung Prozesse

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing applications.&#160; For predictive simulations, it has become increasingly important to be able to model the structure of nanohelices accurately.&#160; To study the effect of local structure on the properties of these complex geometries one must develop realistic models.&#160; To date, software packages are rather limited in creating atomistic helical models.&#160; This work focuses on producing atomistic models of silica glass (SiO2) nanoribbons and nanosprings for molecular dynamics (MD) simulations. Using an MD model of &#8220;bulk&#8221; silica glass, two computational procedures to precisely create the shape of nanoribbons and nanosprings are presented.&#160; The first method employs the AWK programming language and open-source software to effectively carve various shapes of silica nanoribbons from the initial bulk model, using desired dimensions and parametric equations to define a helix.&#160; With this method, accurate atomistic silica nanoribbons can be generated for a range of pitch values and dimensions.&#160; The second method involves a more robust code which allows flexibility in modeling nanohelical structures.&#160; This approach utilizes a C++ code particularly written to implement pre-screening methods as well as the mathematical equations for a helix, resulting in greater precision and efficiency when creating nanospring models.&#160; Using these codes, well-defined and scalable nanoribbons and nanosprings suited for atomistic simulations can be effectively created.&#160; An added value in both open-source codes is that they can be adapted to reproduce different helical structures, independent of material.&#160; In addition, a MATLAB graphical user interface (GUI) is used to enhance learning through visualization and interaction for a general user with the atomistic helical structures.&#160; One application of these methods is the recent study of nanohelices via MD simulations for mechanical energy harvesting purposes.

Accurate modeling of nanohelical structures is important for predictive simulation studies leading to novel nanotechnology applications.&#160; Currently, software packages and codes are limited in creating atomistic helical models.&#160; We present two procedures designed to create atomistic nanohelical models for simulations, and a graphical interface to enhance research through visualization.

Skalierbare Nanohelices für Predictive Studies und Enhanced 3D-Visualisierung

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Silicium-Metall-Oxid-Halbleiter-Quantenpunkte für Einzelelektronen Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integration of Light Trapping Silber-Nanostrukturen in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells durch Transferdruck

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und<em&gt; In Situ</em&gt; Morphologie Charakterisierung

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

Herstellung und Betrieb von Acoustofluidic Devices Unterstützung Bulk-Acoustic-Standing Waves für sheathless Fokussierung der Partikel

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.