Diese Arbeit wurde von der Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) KAKENHI (17J10044) des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (MEXT) finanziell unterstützt. Die Herstellungsprozesse wurden von der "Nanotechnology Platform" (Projekt-Nr. 12024046), MEXT, Japan, unterstützt. Die Autoren danken Herrn K. Yamashita und Frau S. Hirata von der Universität Tokio für ihre Hilfe bei TEM-Beobachtungen.

1. Theoretisches Berechnungsverfahren
<ol><li>Berechnen Sie Trajektorien von TDs. Nehmen Sie bei der Berechnung an, dass die SEG-Masken dünn genug sind, um den ART-Effekt auf die TDD-Reduktion zu ignorieren.<ol><li>Bestimmen Sie Wachstumsoberflächen und drücken Sie sie durch Gleichung(en) aus. Drücken Sie beispielsweise die zeitliche Entwicklung eines runden Querschnitts einer SEG Ge-Schicht mit dem Zeitentwicklungsparameter n = i, SEG Ge-Höhen (h i) und SEG Ge-Radien (ri) aus, wie im ergänzenden Video 1a und Gl. (1) gezeigt: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58897/58897eq4.jpg" style="opacity: 0.9;"></li>
		<li>Bestimmen Sie normale Richtungen für eine beliebige Position auf den Wachstumsflächen. Beschreiben Sie für das SEG Ge mit rundem Querschnitt die Normallinie bei (x i , yi) als <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58897/58897eq7v2.jpg" style="opacity: 0.9;">, die im ergänzenden Video 1b als rote Linie dargestellt ist. Erhalten Sie dann die Kante des TD (x i + 1 , y i + 1) vom Punkt (x i , y i), indem Sie die folgenden simultanen Gleichungen lösen: <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58897/58897eq10.jpg" style="opacity: 0.9;"></li>
		<li>Berechnen Sie eine Trajektorie eines TD in Abhängigkeit vom Ort der TD-Erzeugung (x 0, 0), wie in Ergänzendes Video 1c gezeigt. Mit anderen Worten, eine Trajektorie für einen beliebigen TD kann nach der oben beschriebenen Methode berechnet werden.</li>
		<li>Berechnen Sie die TDD unter der Annahme, dass TDs in die Bodenfläche eindringen und zur Verringerung der TDD beitragen (d. h. TDs unterhalb des Punktes, an dem SEG Ge-Schichten verschmelzen, werden von halbzylindrischen Hohlräumen eingeschlossen und erscheinen niemals auf der Oberseite).</li>
	</ol></li>
</ol>2. Verfahren zur experimentellen Überprüfung
<ol><li>Vorbereitung der SEG-Maske<ol><li>Definieren Sie vor der Herstellung von SEG-Masken die Wachstumsbereiche von Ge, indem Sie eine Designdatei erstellen. In der vorliegenden Arbeit werden Linien- und Raummuster, die auf die [110] Richtung ausgerichtet sind, und quadratische Si-Fensterflächen von 4 mm Breite mit kommerzieller Software (z. B. AutoCAD) vorbereitet.</li>
		<li>Bestimmen Sie das Design von SEG-Masken (insbesondereW-Fenster undW-Maske) mit der Software. Das W-Fenster ist die Fensterbreite (Si-Seed-Breite) und dieW-Maske ist die SiO2-Maskenbreite, so dass SEGGe-Schichten mit ihren benachbarten verschmelzen können. Bestimmen Sie dasW-Fenster und dieW-Maske, indem Sie Rechtecke zeichnen, indem Sie auf Datei öffnen → Struktur → Rechteck oder Polylinie klicken. HINWEIS: Die Breite der Rechtecke wird zumW-Fenster und das Intervall der Rechtecke zurW-Maske. In der vorliegenden Arbeit liegen die Mindestwerte desW-Fensters und derW-Maske bei 0,5 μm bzw. 0,3 μm, die durch die Auflösung im verwendeten EB-Lithographiesystem eingeschränkt sind.</li>
		<li>Zeichnen Sie als Referenzen quadratische Si-Fensterflächen mit einer Breite von 4 mm in der Breite D, die als Deckenflächen betrachtet werden. Klicken Sie auf Datei öffnen → Struktur → Rechteck oder Polylinie , um das quadratische Si-Fenster zu zeichnen. Verwenden Sie die in Abbildung 1 gezeigten Schaltpläne, um die Linien- und Abstandsmuster und die quadratische Deckenfläche von 4 mm vorzubereiten.</li>
		<li>Bereiten Sie B-dotierte p-Si (001) -Substrate mit einem spezifischen Widerstand von 1-100 Ω∙cm vor. Verwenden Sie in der vorliegenden Arbeit 4-Zoll-Si-Substrate. Reinigen Sie die Substratoberflächen bei Bedarf mit Piranha-Lösung (einer Mischung aus 20 ml 30% H2O2 und 80 ml 96%H2SO4).</li>
		<li>Öffnen Sie den Deckel eines Rohrofens und laden Sie die Si-Substrate mit einem Glasstab in den Ofen. In der vorliegenden Arbeit werden 10 Si-Substrate gleichzeitig oxidiert.</li>
		<li>Beginnen Sie, trockenes N2 -Gas in den Ofen zu blasen, indem Sie das Gasventil öffnen. Stellen Sie dann den Gasdurchfluss auf 0,5 l / m ein, indem Sie das Ventil steuern.</li>
		<li>Stellen Sie die Glühtemperatur ein, indem Sie das Programm ändern. Verwenden Sie in der vorliegenden Arbeit den "Musterschritt (Modus 2)" und stellen Sie die Prozesstemperatur auf 900 °C ein. Führen Sie dann das Programm aus, indem Sie Funktion drücken → ausführen.</li>
		<li>Wenn die Temperatur 900 °C erreicht, schließen Sie das trockene N 2 -Ventil, öffnen Sie das trockene O 2 -Ventil (O2 Durchfluss = 1 l / m) und halten Sie es 2 h lang. HINWEIS: Führen Sie die Schritte 2.1.9 bis 2.1.16 in einem gelben Raum aus.</li>
		<li>Die oxidierten Si-Substrate werden mit einem Tensid (OAP) mit einem Schleuderbeschichter bestreut und anschließend bei 110 °C 90 s auf einer Kochplatte gebacken.</li>
		<li>Nach der Tensidbeschichtung werden die Si-Substrate mit einem Fotolack (z. B. ZEP520A) mit einem Schleudercoater beschichtet und anschließend bei 180 °C 5 min auf einer Kochplatte gebacken.</li>
		<li>Laden Sie die Si-Substrate mit dem Tensid und dem Fotolack in einen Elektronenstrahlschreiber (EB).</li>
		<li>Lesen Sie die Konstruktionsdatei (vorbereitet in Schritt 2.1.2) im EB-Writer und erstellen Sie eine Arbeitsvorgangsdatei (WEC-Datei). Stellen Sie die Dosismenge in der WEC-Datei auf 120 μC/cm2 ein. Wenn die Substratbeladung abgeschlossen ist, führen Sie die EB-Belichtung durch, indem Sie auf die Schaltfläche Einzelbelichtung klicken.</li>
		<li>Entladen Sie das Substrat aus dem EB-Writer, indem Sie auf " Wafer Carry" → "Entladen " klicken, wenn die Belichtung beendet ist.</li>
		<li>Bereiten Sie einen Fotolackentwickler (ZED) und eine Spülung für den Entwickler (ZMD) in einer Zugkammer vor. Tauchen Sie die belichteten Si-Substrate für 60 s bei Raumtemperatur in den Entwickler.</li>
		<li>Entfernen Sie die Si-Substrate aus dem Entwickler und trocknen Sie das Substrat dann mit N2 -Gas.</li>
		<li>Legen Sie die entwickelten Si-Substrate auf eine Kochplatte, um sie bei 110 °C für 90 s zu backen.</li>
		<li>Tauchen Sie die Si-Substrate für 1 Minute in eine gepufferte Flusssäure (BHF-63SE), um einen Teil der SiO2-Schichten zu entfernen, die infolge der EB-Exposition und -Entwicklung der Luft ausgesetzt sind.</li>
		<li>Entfernen Sie den Fotolack von den Si-Substraten, indem Sie ihn 15 Minuten lang in einen organischen Fotolackentferner (z. B. Hakuri-104) tauchen.</li>
		<li>Tauchen Sie die Si-Substrate 4 Minuten lang in 0,5% verdünnte Flusssäure, um das dünne native Oxid in den Fensterbereichen zu entfernen, aber dieSiO2-Masken zu erhalten. Anschließend wird in eine Ultrahochvakuum-Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung (UHV-CVD) geladen, um Ge zu züchten. Abbildung 2 zeigt das in der vorliegenden Arbeit verwendete UHV-CVD-System.</li>
	</ol></li>
	<li>Epitaktisches Ge-Wachstum<ol><li>Laden Sie das Si-Substrat mit SEG-Masken (hergestellt wie in Schritt 2.1) in eine Lastschleusenkammer.</li>
		<li>Stellen Sie die Puffer-/Hauptwachstumstemperatur auf der Registerkarte " Rezept" ein, die auf dem Betriebscomputer angezeigt wird. Bestimmen Sie die Dauer für das Hauptwachstum von Ge so, dass SEG Ge-Schichten mit benachbarten verschmelzen. Um die Dauer für das Hauptwachstum zu bestimmen, betrachten Sie die Wachstumsrate von Ge auf den {113} Ebenen, die das Wachstum in der In-Ebene/lateralen Richtung26 bestimmt. In der vorliegenden Arbeit werden die Dauern für das Hauptwachstum auf 270 min und 150 min für 650 °C bzw. 700 °C festgelegt.</li>
		<li>Klicken Sie im Hauptfenster auf Start , und dann wird das Si-Substrat automatisch in die Wachstumskammer übertragen. HINWEIS: Das Protokoll über das epitaktische Ge-Wachstum (Schritte 2.2.4-2.2.7) wird automatisch verarbeitet.</li>
		<li>Ge-Puffer auf dem beladenen Si-Substrat bei niedriger Temperatur (≈380 °C) züchten. Verwenden Sie GeH 4 verdünnt mit 9 % in Ar als Quellgas und halten Sie den Partialdruck von GeH4 für 0,5 Pa während des Pufferwachstums.</li>
		<li>Wachsen Sie die Ge-Hauptschicht bei erhöhter Temperatur. Halten Sie den Partialdruck von GeH4 für 0,8 Pa während des Hauptwachstums. In der vorliegenden Arbeit werden zwei unterschiedliche Temperaturen von 650 und 700 °C für die Hauptwachstumstemperatur verwendet, um SEG Ge mit einem runden Querschnitt und mit einem {113} facettenförmigen Querschnitt25 zu vergleichen. HINWEIS: Die Wachstumsrate von Ge auf der (001)-Ebene betrug unabhängig von der Temperatur 11,7 nm/min.</li>
		<li>Um die Entwicklung von SEG Ge und ihre Koaleszenz zu visualisieren, führen Sie ein Ge-Wachstum mit periodischer Insertion von 10 nm dicken Si 0,3 Ge0,7-Abgrenzungsschichten auf einem anderen Si-Substrat durch. Si0,3 Ge 0,7Schichten wurden unter Verwendung von Si2H6 und GeH4 Gasen gebildet. Stellen Sie während des Si 0,3 Ge 0,7-Schichtwachstums den Partialdruck von Si2H6 -Gas auf 0,02 Pa und den Partialdruck von GeH4 -Gas auf0,8Pa ein.</li>
		<li>Da das Si-Substrat automatisch von der Wachstumskammer in die Lastschleusenkammer übertragen wird, entlüften Sie die Lastschleusenkammer und entladen Sie das Si-Substrat manuell.</li>
	</ol></li>
	<li>Messungen der Ätzgrubendichte (EPD)<ol><li>32 mg I2 in 67 ml CH3COOH werden mit einer Ultraschallreinigungsmaschine gelöst.</li>
		<li>Mischen Sie das I2 -gelöste CH 3 COOH, 20 ml HNO3und 10 ml HF.</li>
		<li>Tauchen Sie die gezüchteten Si-Substrate für 5-7 s in die CH 3 COOH / HNO3/ HF / I2 -Lösung, um geätzte Gruben zu bilden.</li>
		<li>Beobachten Sie die geätzten Ge-Oberflächen mit einem optischen Mikroskop (typischerweise 100x), um sicherzustellen, dass geätzte Gruben erfolgreich gebildet werden.</li>
		<li>Verwenden Sie ein Rasterkraftmikroskop (AFM), um die geätzten Gruben zu zählen. Legen Sie die geätzte Ge-Probe auf einen AFM-Tisch und nähern Sie sich dann der Sonde, indem Sie auf Automatischer Ansatz klicken.</li>
		<li>Bestimmen Sie den Beobachtungsbereich mit einem optischen Mikroskop, das in ein AFM integriert ist, und scannen Sie fünf verschiedene Bereiche von 10 μm x 10 μm. Der Amplitudendämpfungsfaktor wird automatisch bestimmt.</li>
	</ol></li>
	<li>TEM-Beobachtungen<ol><li>Nehmen Sie TEM-Proben aus den koaleszenten/deckenförmigen Ge-Schichten auf, indem Sie einen fokussierten Ge-Ionenstrahl (FIB-Mikroabtastmethode) verwenden27.</li>
		<li>Polieren Sie die TEM-Proben in einem Ionenmahlsystem mit Ar-Ionen. In der vorliegenden Arbeit werden TEM-Proben für Querschnittsbeobachtungen von 150-500 nm in [110]-Richtung und für Draufsicht-Beobachtungen von 200 nm in [001]-Richtung verdünnt.</li>
		<li>Schützen Sie bei TEM-Proben in der Draufsicht die Oberseite der Ge-Schichten mit amorphen Schichten und verdünnen Sie sie dann von der Unterseite (Substrat) der Ge-Schichten.</li>
		<li>Führen Sie TEM-Beobachtungen unter einer Beschleunigungsspannung von 200 kV durch. Durchführung von Querschnitts-Hellfeld-Scanning-TEM-Beobachtungen (STEM), um dicke TEM-Proben (500 nm) zu beobachten.</li>
		<li>Für ein koalesziertes Ge mit Si0,3 Ge 0,7Abgrenzungsschichten werden Querschnitts-Hochwinkel-Ringdunkelfeld-STEM-Beobachtungen (HAADF) unter einer Beschleunigungsspannung von 200 kV durchgeführt.</li>
	</ol></li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

In der vorliegenden Arbeit wurden TDD von 4 x 107/cm2 experimentell gezeigt. Für eine weitere TDD-Reduzierung gibt es hauptsächlich 2 kritische Schritte innerhalb des Protokolls: SEG-Maskenvorbereitung und epitaktisches Ge-Wachstum.
Unser in Abbildung 4 gezeigtes Modell zeigt, dass TDD in koaleszierendem Ge unter 107/cm2 reduziert werden kann, wenn der effektive Jahreszins (W-Fenster/(W-Fenster +<...

Epitaktisches Ge on Si hat als aktive photonische Bauelementplattform großes Interesse geweckt, da Ge Licht im optischen Kommunikationsbereich (1,3-1,6 μm) detektieren/emittieren kann und mit Si-CMOS-Verarbeitungstechniken (komplementärer Metalloxid-Halbleiter) kompatibel ist. Da die Gitterfehlanpassung zwischen Ge und Si jedoch bis zu 4,2% beträgt, bilden sich in Ge-Epitaxieschichten auf Si Gewindeversetzungen (TDs) mit einer Dichte von ~109/cm2. Die Leistung von photonischen Ge-Bauelementen wird durch TDs verschlechtert, da TDs als Trägererzeugungszentren in Ge-Photodetektoren (PDs) und Modulatoren (MODs) und als Ladungsträger-Rekombinationszentren in Laserdioden (LDs) fungieren. Im Gegenzug würden sie den Sperrleckstrom (J-Leck) in PDs und MODs 1,2,3 und den Schwellenstrom (Jth) in LDs 4,5,6 erhöhen.
Es wurde über verschiedene Versuche berichtet, die TD-Dichte (TDD) in Ge on Si zu reduzieren (ergänzende Abbildung 1). Das thermische Glühen stimuliert die Bewegung von TDs, was zu einer Reduzierung der TDD führt, typischerweise auf 2 x 107/cm2. Der Nachteil ist die mögliche Vermischung von Si und Ge und die Ausdiffusion von Dotierstoffen in Ge wie Phosphor 7,8,9 (Ergänzende Abbildung 1a). Die SiGe-abgestufte Pufferschicht 10,11,12 erhöht die kritischen Dicken und unterdrückt die Erzeugung von TDs, was zu einer Reduzierung der TDD führt, typischerweise auf 2 x 10 6/cm2. Der Nachteil hierbei ist, dass der dicke Puffer die Lichtkopplungseffizienz zwischen Ge-Bauelementen und darunter liegenden Si-Wellenleitern verringert (ergänzende Abbildung 1b). Aspect Ratio Trapping (ART)13,14,15 ist eine Methode des selektiven epitaktischen Wachstums (SEG) und reduziert TDs durch Einfangen von TDs an den Seitenwänden dickerSiO2-Gräben, typischerweise auf <1 x 10 6/cm2. Die ART-Methode verwendet eine dicke SiO2-Maske, um TDD in Ge gegenüber denSiO2-Masken zu reduzieren, die weit über Si liegen und den gleichen Nachteil aufweisen (ergänzende Abbildung 1b,1c). Das Ge-Wachstum auf Si-Säulensamen und das Glühenvon 16,17,18 ähneln der ART-Methode und ermöglichen das TD-Einfangen durch das hohe Aspektverhältnis Ge-Wachstum auf <1 x 10 5/cm2. Das Hochtemperaturglühen für die Ge-Koaleszenz hat jedoch die gleichen Nachteile in der ergänzenden Abbildung 1a-c (ergänzende Abbildung 1d).
Um ein epitaktisches Wachstum mit niedrigem TDD-Ge auf Si zu erreichen, das frei von den Nachteilen der oben genannten Methoden ist, haben wir eine Koaleszenz-induzierte TDD-Reduktion 19,20 vorgeschlagen, basierend auf den folgenden zwei Schlüsselbeobachtungen, die bisher im SEG Ge-Wachstum berichtet wurden 7,15,21,22,23 : 1) TDs werden so gebogen, dass sie senkrecht zu den Wachstumsoberflächen sind (beobachtet durch das Querschnittstransmissionselektronenmikroskop (TEM)), und 2) die Koaleszenz von SEG Ge-Schichten führt zur Bildung von halbzylindrischen Hohlräumen über denSiO2-Masken.
Wir haben angenommen, dass die TDs aufgrund der Bildkraft von der Wachstumsoberfläche gebogen werden. Im Fall von Ge auf Si erzeugt die Bildkraft 1,38 GPa und 1,86 GPa Schubspannungen für Schraubenversetzungen und Kantenversetzungen in Abständen von 1 nm von den freien Oberflächen bzw.19. Die berechneten Schubspannungen sind signifikant größer als die Peierls-Spannung von 0,5 GPa, die für 60°-Versetzungen in Ge24 angegeben wurde. Die Berechnung prognostiziert eine TDD-Reduktion in Ge-SEG-Schichten auf quantitativer Basis und stimmt gut mit dem SEG Ge-Wachstum19 überein. TEM-Beobachtungen von TDs werden durchgeführt, um das TD-Verhalten im vorgestellten SEG Ge-Wachstum auf Si20 zu verstehen. Die bildkraftinduzierte TDD-Reduktion ist frei von jeglichem thermischen Annealing oder dicken Pufferschichten und eignet sich daher besser für die Anwendung in photonischen Bauelementen.
In diesem Artikel beschreiben wir spezifische Methoden für die theoretische Berechnung und experimentelle Überprüfung, die in der vorgeschlagenen TDD-Reduktionsmethode verwendet werden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:655px;" width="656">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">AFM</td>
			<td style="width:140px;">SII NanoTechnology</td>
			<td style="width:123px;">SPI-3800N</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BHF</td>
			<td>DAIKIN</td>
			<td>BHF-63U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CAD design</td>
			<td>AUTODESK</td>
			<td>AutoCAD 2013</td>
			<td>Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CH3COOH</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>Acetic Acid</td>
			<td>for Electronics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CVD</td>
			<td>Canon ANELVA</td>
			<td>I-2100 SRE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Developer</td>
			<td>ZEON</td>
			<td>ZED</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Developer rinse</td>
			<td>ZEON</td>
			<td style="width:123px;">ZMD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">EB writer</td>
			<td>ADVANTEST</td>
			<td>F5112+VD01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Furnace</td>
			<td>Koyo Thermo System</td>
			<td>KTF-050N-PA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HF, 0.5 %</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>0.5 % HF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HF, 50 %</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>50 % HF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HNO3, 61 %</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>HNO3 1.38</td>
			<td>for Electronics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">I2</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>Iodine 100g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Photoresist</td>
			<td>ZEON</td>
			<td>ZEP520A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Photoresist remover</td>
			<td>Tokyo Ohka</td>
			<td>Hakuri-104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Surfactant</td>
			<td>Tokyo Ohka</td>
			<td>OAP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">TEM</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JEM-2010HC</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

theoretical calculation and experimental verification for dislocation reduction in germanium epitaxial layers with semicylindrical voids on silicon

Die Reduzierung der Gewindeversetzungsdichte (TDD) in epitaktischem Germanium (Ge) auf Silizium (Si) war eine der wichtigsten Herausforderungen für die Realisierung monolithisch integrierter photonischer Schaltkreise. Die vorliegende Arbeit beschreibt Methoden der theoretischen Berechnung und experimentellen Verifikation eines neuartigen Modells zur Reduktion von TDD. Die Methode der theoretischen Berechnung beschreibt die Biegung von Gewindeversetzungen (TDs) basierend auf der Wechselwirkung von TDs und nicht-planaren Wachstumsflächen des selektiven epitaktischen Wachstums (SEG) in Bezug auf die Versetzungsbildkraft. Die Berechnung zeigt, dass das Vorhandensein von Hohlräumen auf SiO2 -Masken dazu beiträgt, TDD zu reduzieren. Die experimentelle Verifizierung wird durch Germanium (Ge) SEG unter Verwendung einer chemischen Ultrahochvakuum-Gasphasenabscheidungsmethode und TD-Beobachtungen des gezüchteten Ge mittels Ätzen und Querschnittstransmissionselektronenmikroskop (TEM) beschrieben. Es wird stark vermutet, dass die TDD-Reduktion auf das Vorhandensein von halbzylindrischen Hohlräumen über den SiO2-SEG-Masken und der Wachstumstemperatur zurückzuführen ist. Zur experimentellen Überprüfung werden epitaktische Ge-Schichten mit halbzylindrischen Hohlräumen als Ergebnis von SEG von Ge-Schichten und deren Koaleszenz gebildet. Die experimentell erhaltenen TDDs reproduzieren die berechneten TDDs auf der Grundlage des theoretischen Modells. TEM-Beobachtungen im Querschnitt zeigen, dass sowohl die Terminierung als auch die Erzeugung von TDs in semizylindrischen Hohlräumen auftreten. Draufsicht-TEM-Beobachtungen zeigen ein einzigartiges Verhalten von TDs in Ge mit halbzylindrischen Hohlräumen (d.h. TDs sind so gebogen, dass sie parallel zu den SEG-Masken und dem Si-Substrat sind).

Theoretische Berechnung
Abbildung 3 zeigt berechnete Trajektorien von TDs in 6 Arten von verschmolzenen Ge-Schichten: Hier definieren wir das Öffnungsverhältnis (APR) als W-Fenster/(W-Fenster + W-Maske). Abbildung 3a zeigt ein rundes SEG-Ursprungskoalesziertes Ge mit einem effektiven Jahreszins = 0,8. Hier sind 2/6 TDs...

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Theoretical Calculation and Experimental Verification for Dislocation Reduction in Germanium Epitaxial Layers with Semicylindrical Voids on Silicon

Theoretische Berechnungen und experimentelle Nachweise werden für eine Verringerung der Dichte der Gewindeversetzungen (TD) in Germanium-Epitaxieschichten mit semizylindrischen Hohlräumen auf Silizium vorgeschlagen. Es werden Berechnungen vorgestellt, die auf der Wechselwirkung von TDs und Oberfläche über Bildkraft, TD-Messungen und transmissionselektronenmikroskopische Beobachtungen von TDs basieren.

Theoretische Berechnung und experimenteller Nachweis zur Versetzungsreduktion in Germanium-Epitaxieschichten mit semizylindrischen Hohlräumen auf Silizium

Reduction of threading dislocation density (TDD) in epitaxial germanium (Ge) on silicon (Si) has been one of the most important challenges for the ...

theoretical-calculation-experimental-verification-for-dislocation

Research

JoVE Journal

Engineering

2.1K Aufrufe.  The University of Tokyo. Theoretische Berechnungen und experimentelle Nachweise werden für eine Verringerung der Dichte der Gewindeversetzungen (TD) in Germanium-Epitaxieschichten mit semizylindrischen Hohlräumen auf Silizium vorgeschlagen. Es werden Berechnungen vorgestellt, die auf der Wechselwirkung von TDs und Oberfläche über Bildkraft, TD-Messungen und transmissionselektronenmikroskopische Beobachtungen von TDs basieren. 

Serie: Theoretical Calculation and Experimental Verification for Dislocation Reduction in Germanium Epitaxial Layers with Semicylindrical Voids on Silicon

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

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 ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Selektive Bereichsänderung des Siliziumoberfläche Benetzbarkeit durch gepulste UV-Laser-Bestrahlung in flüssigen Umgebung

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

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 ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

Die Quantifizierung von Wasserstoffkonzentrationen in Oberflächen- und Grenzflächenschichten und Schüttgüter durch Tiefenprofilierung mit Kernreaktionsanalyse

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

SSVEP-based Experimental Procedure for Brain-Robot Interaction with Humanoid Robots

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in helping the disabled in their daily lives. The overall goal of our method is to establish an SSVEP-based experimental procedure by integrating multiple software programs, such as OpenViBE, Choregraph, and Central software as well as user developed programs written in C++ and MATLAB, to enable the study of brain-robot interaction with humanoid robots.
This is achieved by first placing EEG electrodes on a human subject to measure the brain responses through an EEG data acquisition system. A user interface is used to elicit SSVEP responses and to display video feedback in the closed-loop control experiments. The second step is to record the EEG signals of first-time subjects, to analyze their SSVEP features offline, and to train the classifier for each subject. Next, the Online Signal Processor and the Robot Controller are configured for the online control of a humanoid robot. As the final step, the subject completes three specific closed-loop control experiments within different environments to evaluate the brain-robot interaction performance.
The advantage of this approach is its reliability and flexibility because it is developed by integrating multiple software programs. The results show that using this approach, the subject is capable of interacting with the humanoid robot via brain signals. This allows the mind-controlled humanoid robot to perform typical tasks that are popular in robotic research and are helpful in assisting the disabled.

The overall goal of this method is to establish an SSVEP-based experimental procedure by integrating multiple software programs to enable the study of brain-robot interaction with humanoid robots, which is prospective in assisting the sick and elderly as well as performing unsanitary or dangerous jobs.

SSVEP-basierten Versuchsdurchführung für Brain-Roboter-Interaktion mit Humanoide Roboter

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in ...

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser (laser-SARPES), and demonstrate a power of this technique for studying solid state physics. Laser-SARPES achieves two great capabilities. Firstly, by examining orbital selection rule of linearly polarized lasers, orbital selective excitation can be carried out in SAPRES experiment. Secondly, the technique can show full information of a variation of the spin quantum axis as a function of the light polarization. To demonstrate the power of the collaboration of these capabilities in laser-SARPES, we apply this technique for the investigations of spin-orbit coupled surface states of Bi2Se3. This technique affords to decompose spin and orbital components from the spin-orbit coupled wavefunctions. Moreover, as a representative advantage of using the direct spin detection collaborated with the polarization-variable laser, the technique unambiguously visualizes the light polarization dependence of the spin quantum axis in three-dimension. Laser-SARPES dramatically increases a capability of photoemission technique.

Here, we combine polarization-variable 7-eV laser with spin- and angle-resolved photoemission technique to visualize the spin-orbital coupling effect in solid states.

Experimentelle Methoden für Spin - und Winkel-Resolved Photoemission Spectroscopy kombiniert mit Polarisation-Variable Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic glasses (MGs). Despite their amorphous nature, the identification of hyperfine interactions unveils faint structural modifications. For this purpose, we have employed two techniques that utilize nuclear resonance among nuclear levels of a stable 57Fe isotope, namely M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering (NFS) of synchrotron radiation. The effects of heat treatment upon (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG are discussed using the results of ex situ and in situ experiments, respectively. As both methods are sensitive to hyperfine interactions, information on structural arrangement as well as on magnetic microstructure is readily available. M&#246;ssbauer spectrometry performed ex situ describes how the structural arrangement and magnetic microstructure appears at room temperature after the annealing under certain conditions (temperature, time), and thus this technique inspects steady states. On the other hand, NFS data are recorded in situ during dynamically changing temperature and NFS examines transient states. The use of both techniques provides complementary information. In general, they can be applied to any suitable system in which it is important to know its steady state but also transient states.

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Here, we present a protocol to describe ex situ and in situ investigations of structural transformations in metallic glasses. We employed nuclear-based analytical methods which inspect hyperfine interactions. We demonstrate the applicability of M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering of synchrotron radiation during temperature-driven experiments.

Methoden der Ex-Situ und In Situ Untersuchungen zu strukturellen Veränderungen: der Fall der Kristallisation von metallischen Gläsern

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

Herstellung von magnetische Nanostrukturen auf Silizium-Nitrid Membranen für magnetische Wirbel Studien mit Übertragungstechniken Mikroskopie

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This FOSP relies on a silicon Fabry-Perot interferometer (FPI) attached to the fiber end, referred to as Si-FOSP in this work. The Si-FOSP generates an interferogram determined by the optical path length (OPL) of the silicon cavity. Measurand alters the OPL and thus shifts the interferogram. Due to the unique optical and thermal properties of the silicon material, this Si-FOSP exhibits an advantageous performance in terms of sensitivity and speed. Furthermore, the mature silicon fabrication industry endows the Si-FOSP with excellent reproducibility and low cost toward practical applications. Depending on the specific applications, either a low-finesse or high-finesse version will be utilized, and two different data demodulation methods will be adopted accordingly. Detailed protocols for fabricating both versions of the Si-FOSP will be provided. Three representative applications and their according results will be shown. The first one is a prototype underwater thermometer for profiling the ocean thermoclines, the second one is a flow meter to measure flow speed in the ocean, and the last one is a bolometer used for monitoring exhaust radiation from magnetically confined high-temperature plasma.

This work reports an innovative silicon-tipped fiber-optic sensing platform (Si-FOSP) for high-resolution and fast-response measurement of a variety of physical parameters, such as temperature, flow, and radiation. Applications of this Si-FOSP span from oceanographic research, mechanical industry, to fusion energy research.

Eine Silizium-bestückte Glasfaser-Sensing-Plattform mit hoher Auflösung und schnelle Reaktion

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...