Diese Arbeit wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union (Nr.803004) finanziert.

1. Vorbereitung der Lösung
<ol><li>Bereiten Sie eine Lösung vor, die vorhydrolysiertes Tetraethylorthosilikat (TEOS) 18 h enthält, vor der Herstellung der Gelfolien in einer Dunstabzugshaube, in die ein Laborgleichgewicht und ein Magnetrührer gelegt werden.<ol>
<li>0,7 g Polyethylenglykolhexadecylether (Brij-58) und 23,26 g Ethanol in 50 ml Flasche geben und den Deckel der Flasche schließen und rühren, bis der Brij vollständig aufgelöst ist.</li>
		<li>1,5 g HCl 35% in Schritt 1.1.1 in den Kolben geben, schließen und 20 s rühren.</li>
		<li>4,22 g TEOS in Schritt 1.1.2 in den Kolben geben, schließen und 18 h rühren lassen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Herstellung von 1 M wässrige Lösung von Sr2+ kurz vor der Herstellung der Gelfolien, da eine gereifte Lösung in Form von Sr-Salz rezipitiert werden kann.<ol>
<li>Wiegen Sie 2,67 g SrCl2,6H2O in einem 10 ml Volumenkolben.</li>
		<li>10 ml Reinstwasser (z.B. Milli-Q) bis 10 ml in Schritt 1.2.1 in den Kolben geben und den Kolben mit einer Kunststoffkappe schließen und den Kolben vorsichtig schütteln, um das Strontiumchlorid aufzulösen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fügen Sie 275 l der 1 M wässrigen Lösung von Sr2+ in die 10 ml Flasche mit der in Schritt 1.1 hergestellten Lösung und rühren Sie die Lösung für 10 min.</li>
</ol>2. Herstellung von Polydimethylsiloxan (PDMS) Schablonen
<ol><li>Vorbereitung der PDMS-Lösung nach Schritt 1.3.<ol>
<li>Mischen Sie 1 Teil des Härtungsmittels mit 10 Teilen des Elastomers in einem Becher auf der Waage. Rühren Sie die Mischung mit einem Glasstab, bis sie eine homogene Verteilung der Blasen erhält, und entfernen Sie sie in einer Vakuumkammer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Replizieren Sie den Silizium-Master mit der PDMS-Lösung. Beachten Sie, dass wir für diese Arbeit einen siliziumgemusterten Master verwendet haben, der aus Säulen mit Durchmessern, Höhe und Trennabstand von 1 m besteht.<ol>
<li>Setzen Sie den Silizium-Master mit der strukturierten Face-up-Box in eine Kunststoffbox und füllen Sie die Box mit der PDMS-Lösung.</li>
		<li>Führen Sie die Kunststoffbox bei 70 °C für 2 h in den Ofen ein, um eine solide PDMS-Schablone zu erhalten.</li>
		<li>Trennen Sie die PDMS-Vorlage und den Silizium-Master. Schneiden Sie die PDMS-Vorlage mit einem Blatt auf die gewünschte Größe und bewahren Sie sie in einer sauberen Box auf.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Gelfolienabscheidung auf SOI (100) Substraten durch Dip-Beschichtung
<ol><li>Vorbereitung der Substrate<ol>
<li>Bereiten Sie 2 cm x 6 cm große Substrate vor, indem Sie einen 2-Zoll-p-Typ SOI-Wafer mit einer Dicke von 2/0,5/0,67 n (Si/SiO2/Si) in eine Richtung schneiden, die parallel oder senkrecht zur Waferebene mit einer Diamantspitze verläuft. Beachten Sie, dass die Leitfähigkeit der Silizium-Geräteschicht zwischen 1 und 10 Ω/cm liegen muss.</li>
		<li>Führen Sie die Substrate in einer Piranha-Lösung für 20 min ein, um mögliche Polymerrückstände zu beseitigen.</li>
		<li>Mit DI-Wasser, dann mit Ethanol reinigen und trocknen lassen oder Stickstofffluss verwenden. Dieser Schritt sollte direkt nach Schritt 1.3 ausgeführt werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Deposition einer Lösung, die vorhydrolysiertes Tetraethylorthosilikat (TEOS), Brij-58-Sulfactant und SrCl2 6H2O enthält.<ol>
<li>Um eine homogene Kieselsäurefolie zu erhalten, stellen Sie die Dip-Coater-Kammer unter den Bedingungen bei relativer Luftfeuchtigkeit von 40% und 25 °C Temperatur ein.</li>
		<li>Legen Sie einen Becher mit der Größe von ca. 5 cm x 1 cm x 8 cm unter das SOI-Substrat, das am Taucherarm hängt, und stellen Sie beim Eintauchen und Zurückziehen eine Tauchbeschichtungssequenz mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/min her. Stellen Sie die Tauchzeit (Zeit an der Endposition) auf Null.</li>
		<li>Füllen Sie den Becher mit der in Schritt 1.3 vorbereiteten Lösung und warten Sie, bis die relative Luftfeuchtigkeit stabil wird, d.h. 40 % bzw. 25 °C.</li>
		<li>Führen Sie eine einzelne Tauchbeschichtung durch und warten Sie, bis der Film homogen wird.</li>
		<li>Führen Sie das SOI-Substrat bei 450 °C für 5 min in einen Ofen ein, um eine Dicke von 200 nm zu erhalten.</li>
		<li>Wiederholen Sie die Schritte 3.2.3 und 3.2.4 zweimal mehr, um eine Folie mit einer Dicke von ca. 600 nm zu produzieren. Um die Stabilität der Lösung zu gewährleisten, sollte ein Wiederholungsprozess in 1 h durchgeführt werden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Oberflächenmikro/Nanostrukturierung durch Soft-Imprint-Lithographie
<ol><li>Bereiten Sie die Mikro-/Nanostrukturen auf der Filmoberfläche unter den Bedingungen der relativen Luftfeuchtigkeit 40% und 25 °C Temperatur vor.<ol>
<li>Wiederholen Sie Schritt 3.2.3, um einen neuen Film auf SOI-Substrat zu deponieren.</li>
		<li>Legen Sie das SOI-Substrat nach Schritt 3.2.1 auf eine flache Oberfläche und legen Sie die in Schritt 2.2 hergestellte PDMS-Form auf das SOI-Substrat, während das Sol-Gel verdampft.</li>
		<li>Das SOI-Substrat mit der PDMS-Form in einem Ofen bei 70 °C für 1 min und dann bei 140 °C für 2 min in einem zweiten Ofen. Dann lassen Sie es zum Abkühlen.</li>
		<li>Entfernen Sie die PDMS-Form, um eine mikro-nanostrukturierte Gelfolie auf dem SOI-Substrat zu erhalten.</li>
		<li>Führen Sie das SOI-Substrat bei 450 °C für 5 min in einen Ofen ein, um eine mikro-nanostrukturierte Gelfolie mit 600 nm Höhe zu konsolidieren.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Gelfilmkristallisation durch thermische Behandlung
<ol><li>Thermische Behandlung der Gelfolien auf SOI (100).<ol>
<li>Programmieren Sie die Rohrofenheizung von Raumtemperatur auf 1000 °C.</li>
		<li>Führen Sie die in einem Keramikboot platzierte Probe 5 Stunden lang bei 1000 °C in den Ofen ein. Bedecken Sie das Rohr während der gesamten thermischen Behandlung nicht, um den Ofen mit Luft zu sättigen. Schließlich erreichen Sie die Raumtemperatur durch Abkühlen des Ofens ohne programmierte Rampe.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Gestaltung des Lithographie-Maskenlayouts
Die bei diesem Verfahren verwendete Maske wurde speziell für die Herstellung von Geräten auf dem SOI-Substrat mit epitaxialem nanostrukturiertem Quarz entwickelt. Alle Herstellungsprozesse werden auf der Quarzseite durchgeführt. Die Maske wurde so entworfen, dass in jedem Schritt negativer Tonwiderstand verwendet werden muss. Die Maske ist in vier verschiedenen Schritten organisiert, wie unten erläutert.
<ol><li>Mustern Sie den Quarz, um die Form des Auslegers zu bestimmen, und auch die Kontaktfläche der Quadratform von 30 x 30 m. So ist z. B. eine rechteckige Auslegerfläche im Größe 40 x 100 m aus 120 x 160 m Fläche mit negativem Widerstand geschützt und der Rest bis zur Siliziumschicht geätzt.</li>
	<li>Realisieren Sie die oberen und unteren Elektroden. Die obere Elektrode ist auf dem rechteckigen, geformten Auslegerbereich gemustert, und die untere Elektrode ist auf der 2 m dicken Siliziumschicht auf der geätzten Fläche von 30 x 30 m gemustert. Die Breite des oberen Kontakts ist 4 m kleiner als die gemusterte Auslegerfläche und die Größe des unteren Kontakts ist größer als die in Schritt 1 geätzte Fläche von 30 x 30 m.</li>
	<li>Ätzen Sie alle 2 m dicken Siliziumschichten in einer U-förmigen Fläche von 120 x 160 m um den rechteckigen Ausleger. Der geätzte Bereich ist wieder U-förmig, aber von jeder Seite 4 m kleiner, um den Auslegerbereich im letzten Schritt vor HF-Angriffen zu schützen.</li>
	<li>Lassen Sie den Ausleger mit BOE Radierung von SiO2los. Die geschützte Auslegerfläche ist 2 m größer als die tatsächliche Auslegerfläche. Der wichtigste Teil ist, die Oberfläche und die Rohlinge des Auslegers zu schützen.</li>
</ol>7. Reinigung der Quarzproben für den Ausleger-Mikroherstellungsprozess mit Piranha-Lösung
<ol><li>Bereiten Sie eine Piranha-Lösung vor, indem Sie bei Umgebungstemperatur langsam 10 ml Wasserstoffperoxid (H2O2) in 20 ml Schwefelsäure (H2SO4) geben. Diese Mischung erzeugt eine thermische Reaktion.<ol>
<li>Legen Sie die Proben in dieser Lösung für 10 min, um alle organischen Rückstände zu reinigen.</li>
		<li>Spülen Sie die Proben mit DI-Wasser und trocknen Sie sie mit Stickstoff.</li>
	</ol>
</li>
</ol>8. Schritt 1: Musterauslegerform auf dem Quarz-Dünnfilm
<ol><li>Der erste Lithographieprozess<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Legen Sie die Proben auf die Kochplatte bei 140°C für 10 min Entfeuchtung.</li>
		<li>Spin AZ2070 negative Fotoresist bei einer Geschwindigkeit von 4000 U/min für 30 s.</li>
		<li>Die Proben auf die Kochplatte legen, um bei 115 °C für 60 s weich zu backen.</li>
		<li>Setzen Sie die Probe mit 37,5 mJ.cm-2 UV-Dosis für 5 s aus.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für die Nachbelichtung geben bei 115 °C für 60 s backen.</li>
		<li>Entwickeln Sie in MIF 726 Entwickler für 100 s bei Umgebungstemperatur, dann in DI-Wasser spülen und trockenen Stickstoff blasen. Die erwartete Dicke beträgt 5,5 m.</li>
		<li>Legen Sie die Probe auf die Kochplatte bei 125 °C für 10 min, um den Widerstand hart zu härten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reaktive Ionenätzung (RIE) der Quarzschicht<ol>
<li>Ätzen Sie den Quarz bis Zur Siliziumschicht mit RIE mit einem Gasdurchfluss von 60 sccm CHF3, 20 sccm 02und 10 sccm Ar bei 100 W HF-Leistung.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinigung der Widerstandsreste<ol>
<li>Mit Plasma bei einer Durchflussrate von 90 sccm 02 für 5 min reinigen.</li>
		<li>Wenn der erste Reinigungsschritt nicht ausreicht, lassen Sie die Probe im Entferner PG bei 80 °C, bis alle Widerstände entfernt sind.</li>
		<li>Dann die Probe in eine Piranha-Lösung (20 ml Schwefelsäure H2SO4 + 10 ml Wasserstoffperoxid H2O2)für 10 min geben. Dann in DI-Wasser abspülen und mit Stickstoff trocknen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. Schritt 2: Realisierung der unteren und oberen Elektrode
<ol><li>Der zweite Lithographieprozess<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Legen Sie die Proben auf die Kochplatte bei 140 °C für 10 min Entfeuchtung.</li>
		<li>Spin AZ2020 negative Fotoresist bei einer Geschwindigkeit von 4000 U/min für 30 s.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte geben, um sie bei 115 °C für 60 s zu softbake.</li>
		<li>Setzen Sie die Probe mit 23,25 mJ.cm-2 UV-Dosis für 3 s aus.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für die Nachbelichtung geben bei 115 °C für 60 s backen.</li>
		<li>Entwickeln Sie in MIF 726 Entwickler für 50 s bei Umgebungstemperatur, dann in DI-Wasser spülen und trockenen Stickstoff blasen. Die erwartete Dicke beträgt 1,7 m.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Metallabscheidung für obere und untere Elektroden.<ol>
<li>50 nm Chrom mit einer Rate von 4 A/s und 120 nm Platin bei 2,5 A/s mit Elektronenstrahlverdampfung bei 10-6 mbar ablagern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Metall-Abhebe<ol>
<li>Lassen Sie die Proben zuerst in Aceton und dann in IPA, bis der Metallabheber erfolgreich ist.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Probe mit einem optischen Mikroskop und lassen Sie die Probe bei Bedarf im Entferner PG bei 80 °C, bis alle Metalle abhebt sind. Dann in DI-Wasser abspülen und trockenen Stickstoff blasen.</li>
		<li>Wenn Schritt 9.3.2 nicht ausreicht, legen Sie die Proben in einem Ultraschallreiniger in Aceton für 5 min. Wiederholen Sie diesen Vorgang so oft wie nötig.</li>
		<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann mit Stickstoff trocken.</li>
	</ol>
</li>
</ol>10. Schritt 3: Musterung der Probe, um Si(100) Schicht zu ätzen
<ol><li>Der dritte Lithographieprozess<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Legen Sie die Proben auf die Kochplatte bei 140 °C für 10 min Entfeuchtung.</li>
		<li>Spin AZ2070 negative Fotoresist mit einer Geschwindigkeit von 2000 U/min für 30 s.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für Softbake bei 115 °C für 60 s legen.</li>
		<li>Setzen Sie die Probe mit 37,5 mJ.cm-2 UV-Dosis für 5 s aus.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für die Nachbelichtung geben bei 115 °C für 60 s backen.</li>
		<li>Entwickeln Sie in MIF 726 für 110 s bei Umgebungstemperatur, dann in DI-Wasser abspülen und mit Stickstoff trocken blasen. Die erwartete Dicke beträgt 5,9 m.</li>
		<li>Die Probe bei 125 °C 10 min auf die Kochplatte geben, um den Widerstand hart zu härten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reaktive Ionenätzung der Siliziumschicht<ol>
<li>Ätzen Sie die Siliziumschicht bis SiO2 Schicht mit RIE mit Gasdurchfluss von 60 sccm CHF3, 20 sccm 02 und 10 sccm Ar bei 100W HF Leistung.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinigung der Widerstandsreste<ol>
<li>Zuerst mit Plasma bei einer Durchflussrate von 90 sccm 02 für 5 min reinigen.</li>
		<li>Lassen Sie die Probe im Entferner PG bei 80 °C, bis alle Widerstände entfernt sind. Dann in DI-Wasser abspülen und trockenen Stickstoff blasen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>11. Schritt 4: Freilassen des Auslegers durch nasschemische Ätzung von SiO2
<ol><li>Der vierte Lithographieprozess<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Legen Sie die Proben auf die Kochplatte bei 140 °C für 10 min Entfeuchtung.</li>
		<li>Spin AZ2020 negative Fotoresist mit einer Geschwindigkeit von 2000 U/min für 30 s.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für weiches Backen bei 115 °C für 60 s legen.</li>
		<li>Setzen Sie die Probe mit 37,5 mJ.cm-2 UV-Dosis für 5 s aus.</li>
		<li>Die Probe auf die Kochplatte für die Nachbelichtung geben bei 115 °C für 60 s backen.</li>
		<li>Entwickeln Sie in MIF 726 für 65 s bei Umgebungstemperatur. In DI-Wasser abspülen und dann trockenen Stickstoff blasen. Die erwartete Dicke beträgt 2,3 m.</li>
		<li>Legen Sie die Probe auf die Kochplatte bei 125 °C für 10 min, um den Widerstand hart zu härten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Nassätzung der SiO2-Schicht mit gepufferter Oxidätzung (BOE)<ol>
<li>Boe 7:1-Lösung in einen Behälter auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE) geben.</li>
		<li>Legen Sie die Probe in diese Lösung und lassen Sie sie bei Umgebungstemperatur, bis alle SiO2 Schichten unter dem Ausleger geätzt sind. Dann in DI-Wasser abspülen und trockenen Stickstoff blasen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Reinigung der Widerstandsreste<ol>
<li>Spülen Sie die Proben mit Aceton, IPA, und blasen Sie dann trockenen Stickstoff.</li>
		<li>Bei Bedarf die Widerstandsreste mit Plasma bei einer Durchflussrate von 90 sccm O2 für 5 min reinigen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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Die Autoren haben nichts zu verraten.

Die vorgestellte Methode ist eine Kombination von Bottom-up- und Top-Down-Ansätzen zur Herstellung nanostrukturierter piezoelektrischer Quarz-Mikro-Fliestiler auf Si. Die Quartz/Si-MEMS-Technologie bietet große Vorteile gegenüber Schüttkosten in Bezug auf Größe, Stromverbrauch und Integrationskosten. Tatsächlich werden epitaxialer Quarz/Si MEMS mit CMOS-kompatiblen Verfahren hergestellt. Dies könnte die zukünftige Herstellung von Single-Chip-Lösungen für Multifrequenzgeräte erleichtern und gleichzeitig Miniat...

Oxid-Nanomaterialien mit piezoelektrischen Eigenschaften sind entscheidend für die Entwicklung von Geräten wie MEMS-Sensoren oder Mikro-Energie-Harvester oder Speicher1,2,3. Mit zunehmender CMOS-Technologie wird die monolithische Integration hochwertiger epitaxialer piezoelektrischer Folien und Nanostrukturen in Silizium zum Thema der Erweiterung neuer neuartiger Geräte4. Darüber hinaus ist eine bessere Kontrolle der Miniaturisierung dieser Geräte erforderlich, um hohe Leistungen zu erzielen5,6. Neue Sensoranwendungen in Elektronik, Biologie und Medizin werden durch die Fortschritte in den Mikro- und Nanofabrikationstechnologien7,8ermöglicht.
Insbesondere α-Quarz ist weit verbreitet als piezoelektrisches Material und zeigt hervorragende Eigenschaften, die es dem Anwender ermöglichen, für verschiedene Anwendungen zu fertigen. Obwohl es einen niedrigen elektromechanischen Kupplungsfaktor hat, der seine Anwendungsbereiche für die Energiegewinnung begrenzt, machen seine chemische Stabilität und sein hoher mechanischer Qualitätsfaktor es zu einem guten Kandidaten für Frequenzregelungsgeräte und Sensortechnologien9. Diese Geräte wurden jedoch aus Massenquarzkristallen mikrobearbeitet, die die gewünschten Eigenschaften für die Gerätefertigung10aufweisen. Die Dicke des Quarzkristalls sollte so konfiguriert werden, dass die höchste Resonanzfrequenz vom Gerät aus erreicht werden kann, heute ist die niedrigste erreichbare Dicke 10 m11. Bisher wurden einige Techniken zum Mikromustern der Massenkristalle wie Faraday Käfig-Winkelradierung11, Laserinterferenz-Lithographie12und fokussierter Ionenstrahl (FIB)13 berichtet.
Kürzlich wurde die direkte und Bottom-up-Integration von epitaxialem Wachstum von (100) α-Quarz-Folie in Siliziumsubstrat (100) durch chemische Lösungsabscheidung (CSD)14,15entwickelt. Dieser Ansatz öffnete eine Tür, um die oben genannten Herausforderungen zu meistern und auch piezoelektrische Geräte für zukünftige Sensoranwendungen zu entwickeln. Die Anpassung der Struktur von α-Quarz-Folie auf Siliziumsubstrat wurde erreicht und es erlaubte, die Textur, Dichte und die Dicke der Folie16zu kontrollieren. Die Dicke der α-Quarz-Folie wurde von einigen hundert Nanometern auf den Mikron-Bereich erweitert, die 10- bis 50-mal dünner sind als die von Top-Down-Technologien auf Massenkristallen erhaltenen. Die Optimierung der Abscheidungsbedingungen, der Feuchtigkeit und der Temperatur der Dip-Beschichtung wurde ermöglicht, sowohl eine kontinuierliche nanostrukturierte kristalline Quarzfolie als auch ein perfektes nanoimbedrucktes Muster durch eine Kombination aus einer Reihe von Top-Down-Lithographietechniken zu erreichen17. Insbesondere ist die Soft Nanoimprint Lithographie (NIL) ein kostengünstiges, großflächiger Herstellungs- und Tisch-Equipment-basiertes Verfahren. Die Anwendung von weichem NIL, das Top-Down- und Bottom-up-Ansätze kombiniert, ist ein Schlüssel zur Herstellung von epitaxialen Quarz-Nanosäulen-Arrays auf Silizium mit einer präzisen Steuerung von Säulendurchmessern, Höhe und Zwischensäulenabständen. Darüber hinaus wurde die Herstellung von Kieselsäure-Nanosäule mit kontrollierter Form, Durchmesser und Periodizität auf Borosilikatglas für eine biologische Anwendung durchgeführt, um weiches NIL aus epitaxialem Quarzdünnschicht18anzupassen.
Bisher war die On-Chip-Integration von piezoelektrischen nanostrukturierten α-Quarz-MEMS nicht möglich. Hier zeichnen wir den detaillierten Engineering-Weg vom Material bis zur Gerätefertigung. Wir erklären alle Schritte für die Materialsynthese, weiches NIL und die Mikrofertigung des Geräts, um einen piezoelektrischen Quarzausleger auf SOI-Substrat19 freizugeben und diskutieren seine Reaktion als piezoelektrisches Material mit einigen Charakterisierungsergebnissen.

<table><tbody><tr><td>Acetone</td><td>Honeywell Riedel de Ha&amp;euml;n</td><td>UN 1090</td><td></td></tr><tr><td>AZnLOF 2020 negative resist</td><td>Microchemicals</td><td>USAW176488-1BLO</td><td></td></tr><tr><td>AZnLOF 2070 negative resist</td><td>Microchemicals</td><td>USAW211327-1FK6</td><td></td></tr><tr><td>AZ 726 MIF developer</td><td>Merck</td><td>DEAA195539</td><td></td></tr><tr><td>BOE (7:1)</td><td>Technic</td><td>AF 87.5-12.5</td><td></td></tr><tr><td>Brij-58</td><td>Sigma</td><td>9004-95-9</td><td></td></tr><tr><td>Chromium</td><td>Neyco</td><td>FCRID1T00004N-F53-062317/FC79271</td><td></td></tr><tr><td>Dip Coater ND-R 11/2 F</td><td>Nadetec</td><td>ND-R 11/2 F</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogen peroxide solution 30%</td><td>Carlo Erka Reagents DasitGroup</td><td>UN 2014</td><td></td></tr><tr><td>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;SO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Honeywell Fluka</td><td>UN 1830</td><td></td></tr><tr><td>Isopropyl alcohol</td><td>Honeywell Riedel de Ha&amp;euml;n</td><td>UN 1219</td><td></td></tr><tr><td>Mask aligner</td><td>EV Group</td><td>EVG620</td><td></td></tr><tr><td>PG remover</td><td>MicroChem</td><td>18111026</td><td></td></tr><tr><td>Platinum</td><td>Neyco</td><td>INO272308/F14508</td><td></td></tr><tr><td>PTFE based container</td><td>Teflon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Reactive ion etching (RIE)</td><td>Corial</td><td>ICP Corial 200 IL</td><td></td></tr><tr><td>SEMFEG</td><td>Hitachi</td><td>Su-70</td><td></td></tr><tr><td>SOI substrate</td><td>University Wafer</td><td>ID :3213</td><td></td></tr><tr><td>Strontium chloride hexahydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10025-70-4</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD TM 184 Silicone Elastomer Kit</td><td>Dow</td><td>.000000840559</td><td></td></tr><tr><td>SYLGARD TM 184 Silicone Elastomer Curring Agent</td><td>Dow</td><td>.000000840559</td><td></td></tr><tr><td>Tetraethyl orthosilicate</td><td>Aldrich</td><td>78-10-4</td><td></td></tr><tr><td>Tubular Furnace</td><td>Carbolite</td><td>PTF 14/75/450</td><td></td></tr><tr><td>Vibrometer</td><td>Polytec</td><td>OFV-500D</td><td></td></tr><tr><td>2D XRD</td><td>Bruker</td><td>D8 Discover</td><td>Equipped with a Eiger2 R 500 K 2D detector</td></tr></tbody></table>

epitaxial nanostructured &alpha;-quartz films on silicon: from the material to new devices

In dieser Arbeit zeigen wir einen detaillierten technischen Weg des ersten piezoelektrischen nanostrukturierten epitaxialen Quarz-basierten Mikrokwingers. Wir erklären Ihnen alle Schritte im Prozess, beginnend mit dem Material bis zur Gerätefertigung. Das epitaxiale Wachstum von α-Quarz-Folie auf SOI (100)-Substrat beginnt mit der Herstellung eines Strontium dotierten Kieselsäure-Sol-Gels und setzt sich mit der Abscheidung dieses Gels in dünnschichtiger Form in Dünnschichtform mit der Tauchbeschichtungstechnik unter atmosphärischen Bedingungen bei Raumtemperatur fort. Vor der Kristallisation des Gelfilms erfolgt die Nanostrukturierung auf der Filmoberfläche durch Nanoimprint-Lithographie (NIL). Das epitaxiale Filmwachstum wird bei 1000 °C erreicht, was eine perfekte Kristallisation des gemusterten Gelfilms zur Folge hat. Die Herstellung von Quarzkristallauslegervorrichtungen ist ein vierstufiger Prozess, der auf Mikrofabrikationstechniken basiert. Der Prozess beginnt mit der Formgebung der Quarzoberfläche, und dann folgt die Metallabscheidung für Elektroden. Nach dem Entfernen des Silikons wird der Ausleger aus dem SOI-Substrat gelöst, wodurch SiO2 zwischen Silizium und Quarz entfällt. Die Geräteleistung wird mit berührungslosen Laservibrometern (LDV) und Atomkraftmikroskopie (AFM) analysiert. Unter den verschiedenen Freischwingerabmessungen, die in dem hergestellten Chip enthalten sind, zeigte der in dieser Arbeit analysierte nanostrukturierte Ausleger eine Größe von 40 m Groß und 100 m Länge und wurde mit einer 600 nm dicken gemusterten Quarzschicht (Nanosäulendurchmesser und Trennabstand von 400 nm bzw. 1 m) präparat auf einer 2 m dicken Si-Geräteschicht hergestellt. Die gemessene Resonanzfrequenz betrug 267 kHz und der geschätzte Qualitätsfaktor Q der gesamten mechanischen Struktur betrug Q 398 bei niedrigen Vakuumbedingungen. Wir beobachteten die spannungsabhängige lineare Verschiebung des Auslegers mit beiden Techniken (z.B. AFM-Kontaktmessung und LDV). Daher der Nachweis, dass diese Geräte durch den indirekten piezoelektrischen Effekt aktiviert werden können.

Der Fortschritt der Materialsynthese und Gerätefertigung (siehe Abbildung 1) wurde schematisch dargestellt, indem verschiedene Schritte mit realen Bildern überwacht wurden. Nach den Mikroherstellungsprozessen beobachteten wir den Aspekt der nanostrukturierten Ausleger anhand der Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FEG-SEM)(Abbildung 2a-c). 2D Micro Röntgenbeugung kontrollierte die Kristallinität der verschiedenen Stapelschichten des A...

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Epitaxial Nanostructured &#945;-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices

Diese Arbeit präsentiert ein detailliertes Protokoll für die Mikrofertigung von nanostrukturierten α-Quarz-Ausleger auf einem Silizium-On-Insulator(SOI)-Technologiesubstrat ausgehend vom epitaxialen Wachstum von Quarzfolien mit dem Tauchbeschichtungsverfahren und dann der Nanostrukturierung des Dünnfilms mittels Nanoimprint-Lithographie.

Epitaxial Nanostructured α-Quartz-Folien auf Silizium: Vom Material zu neuen Geräten

In this work, we show a detailed engineering route of the first piezoelectric nanostructured epitaxial quartz-based microcantilever. We will explain all ...

epitaxial-nanostructured-quartz-films-on-silicon-from-material-to-new

Research

JoVE Journal

Engineering

Epitaxial Nanostructured &alpha;-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices

5.3K Aufrufe.  Université de Montpellier. Diese Arbeit präsentiert ein detailliertes Protokoll für die Mikrofertigung von nanostrukturierten α-Quarz-Ausleger auf einem Silizium-On-Insulator(SOI)-Technologiesubstrat ausgehend vom epitaxialen Wachstum von Quarzfolien mit dem Tauchbeschichtungsverfahren und dann der Nanostrukturierung des Dünnfilms mittels Nanoimprint-Lithographie.

Serie: Epitaxial Nanostructured α-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices

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

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Chemie

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 ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Atomar Traceable Nanostrukturen

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Preparation of Macroporous Epitaxial Quartz Films on Silicon by Chemical Solution Deposition

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step process based on the preparation of a sol in a one-pot synthesis which is followed by the deposition of a gel film on Si(100) substrates by evaporation induced self-assembly using the dip-coating technique and ends with a thermal treatment of the material to induce the gel crystallization and the growth of the quartz film. The formation of a silica gel is based on the reaction of a tetraethyl orthosilicate and water, catalyzed by HCl, in ethanol. However, the solution contains two additional components that are essential for preparing mesoporous epitaxial quartz films from these silica gels dip-coated on Si. Alkaline earth ions, like Sr2+ act as glass melting agents that facilitate the crystallization of silica and in combination with cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) amphiphilic template form a phase separation responsible of the macroporosity of the films. The good matching between the quartz and silicon cell parameters is also essential in the stabilization of quartz over other SiO2 polymorphs and is at the origin of the epitaxial growth.

A protocol is presented for the preparation of piezoelectric macroporous epitaxial films of quartz on silicon by solution chemistry using dip-coating and thermal treatments in air.

Herstellung von makroporösen Epitaxial-Quarz-Films auf Silizium durch Chemical Solution Deposition

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and conformality by taking advantage of self-limiting reactions between vapor-phase precursors and the growing film. Perovskite oxides present potential for next-generation electronic materials, but to-date have mostly been deposited by physical methods. This work outlines a method for depositing SrTiO3 (STO) on germanium using ALD. Germanium has higher carrier mobilities than silicon and therefore offers an alternative semiconductor material with faster device operation. This method takes advantage of the instability of germanium's native oxide by using thermal deoxidation to clean and reconstruct the Ge (001) surface to the 2&#215;1 structure. 2-nm thick, amorphous STO is then deposited by ALD. The STO film is annealed under ultra-high vacuum and crystallizes on the reconstructed Ge surface. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) is used during this annealing step to monitor the STO crystallization. The thin, crystalline layer of STO acts as a template for subsequent growth of STO that is crystalline as-grown, as confirmed by RHEED. In situ X-ray photoelectron spectroscopy is used to verify film stoichiometry before and after the annealing step, as well as after subsequent STO growth. This procedure provides framework for additional perovskite oxides to be deposited on semiconductors via chemical methods in addition to the integration of more sophisticated heterostructures already achievable by physical methods.

This work details the procedures for the growth and characterization of crystalline SrTiO3 directly on germanium substrates by atomic layer deposition. The procedure illustrates the ability of an all-chemical growth method to integrate oxides monolithically onto semiconductors for metal-oxide semiconductor devices.

Epitaxie Perowskit Strontiumtitanat auf Germanium über Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical photocatalytic structures. However, the influence of such chemical bonding on the optical and surface properties of the photocatalyst and thus its photocatalytic activity/reaction selectivity behavior has not been systematically studied. In this investigation, TiO2 has been supported on the surface of SiO2 by means of two different methods: (i) by the in situ formation of TiO2 in the presence of sand quartz via a sol-gel method employing tetrabutyl orthotitanium (TBOT); and (ii) by binding the commercial TiO2 powder to quartz on a surface silica gel layer formed from the reaction of quartz with tetraethylorthosilicate (TEOS). For comparison, TiO2 nanoparticles were also deposited on the surfaces of a more reactive SiO2 prepared by a hydrolysis-controlled sol-gel technique as well as through a sol-gel route from TiO2 and SiO2 precursors. The combination of TiO2 and SiO2, through interfacial Ti-O-Si bonds, was confirmed by FTIR spectroscopy and the photocatalytic activities of the obtained composites were tested for photocatalytic degradation of NO according to the ISO standard method (ISO 22197&#8722;1). The electron microscope images of the obtained materials showed that variable photocatalyst coverage of the support surface can successfully be achieved but the photocatalytic activity towards NO removal was found to be affected by the preparation method and the nitrate selectivity is adversely affected by Ti-O-Si bonding.

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

The focus of the present work is to establish means to generate and quantify levels of Ti-O-Si linkages and to correlate these with the photocatalytic properties of the supported TiO2.

Die Wirkung der interfacialen chemischen Bindung in TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Verbundwerkstoffe über ihre photokatalytische NOx-Abfallleistung

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Eine neuartige Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Elektromechanische Charakterisierung von nanoskaligen Proben

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

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

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

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

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

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

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (Cu variant) entropy-stabilized oxides. Phase pure and chemically homogeneous (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (x = 0.20, 0.27, 0.33) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (x = 0.11, 0.27) ceramic pellets are synthesized and used in the deposition of ultra-high quality, phase pure, single crystalline thin films of the target stoichiometry. A detailed methodology for the deposition of smooth, chemically homogeneous, entropy-stabilized oxide thin films by pulsed laser deposition on (001)-oriented MgO substrates is described. The phase and crystallinity of bulk and thin film materials are confirmed using X-ray diffraction. Composition and chemical homogeneity are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The surface topography of thin films is measured with scanning probe microscopy. The synthesis of high quality, single crystalline, entropy-stabilized oxide thin films enables the study of interface, size, strain, and disorder effects on the properties in this new class of highly disordered oxide materials.

The synthesis of high quality bulk and thin film (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O entropy-stabilized oxides is presented.

Bulk- und Dünnschicht-Synthese von kompositorisch Variante Entropie-stabilisierten Oxide

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and ...

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