This work was supported by the Department of Energy under the FPACE program (DE-EE0005398), the Ohio State University Institute for Materials Research, and the Ohio Office of Technology Investments&#8217; Third Frontier Program.

Este protocolo fue escrito con la presunción de que el lector tendrá una comprensión de trabajo de operación estándar SEM. Dependiendo del fabricante, modelo e incluso la versión de software, cada SEM puede tener significativamente diferentes interfaces de hardware y / o software. El mismo puede decirse con respecto a la configuración interna del instrumento; el operador debe ser cauteloso y atento al seguir este protocolo, ya que incluso cambios relativamente pequeños en tamaño de la muestra / la geometría, la orientación de la muestra (inclinación, rotación), y la distancia de trabajo, pueden presentar un riesgo para la toma de contacto con el polo pieza, especialmente si No a la altura del eucéntrica. Las instrucciones dadas aquí son para el instrumento utilizado para llevar a cabo este trabajo, un FEI Sirion SEM equipado con un arma de emisión de campo y un estándar, polo pieza montada, anular detector de Si retrodispersión. Por lo tanto, es imperativo que el lector a comprender cómo llevar a cabo las acciones equivalentes en su propio equipo específico. </p&gt; Preparación 1. Muestra <ol><li> Muestra Cleave, GAP / Si para este estudio, en un tamaño adecuado dependiendo del tamaño de la muestra SEM montaje que se va a utilizar. Nota: La muestra puede ser tan pequeño como 5 mm x 5 mm o tan grandes como una oblea completa (4 pulgadas de largo), dependiendo de la geometría interna de la SEM utilizado y de la superficie de la muestra space.The cámara disponible debe ser muy limpio y libre de contaminación que podrían perturbar la canalización (por ejemplo., cristalinos o amorfos óxidos nativos). </li><li> Coloque la muestra en la muestra SEM montura. Nota: El método de montaje puede cambiar dependiendo del tipo de SEM stub utilizado, típicamente un estilo clip o a través de algún adhesivo (por ejemplo, cinta de carbono, pintura de plata.). El método de colocación debe asegurar que la muestra no se mueve y que está conectado a tierra eléctricamente para evitar la carga de la muestra. </li></ol> 2. Cargue la muestra <ol><li> Ventile el SEM haciendo clic en el botón &#39;Vent&#39; en elinterfaz de software e inserte la muestra después de alcanzar la presión atmosférica. </li><li> Antes de cerrar la puerta SEM, asegúrese de que la muestra está a una altura adecuada para no golpear el detector BSE al moverse en el SEM. </li><li> Bomba por el SEM haciendo clic en el botón &#39;Bomba&#39; en la interfaz del software. Esperar hasta que el sistema indica que la presión es lo suficientemente bajo para iniciar las mediciones. </li></ol> 3. Establecer las condiciones de trabajo adecuadas <ol><li> Encienda el haz de electrones a través del botón de control en el área de control &#39;Beam&#39; y establecer el voltaje de aceleración a través del menú desplegable de la &#39;viga&#39; en la interfaz del software. Para el trabajo que aquí se presenta, se utilizó 25 kV. </li><li> Ajuste la corriente de haz a un valor apropiado a través del menú desplegable &#39;Beam&#39;. Esto se determina en el sistema utilizado aquí por medio de la configuración de tamaño de punto, que se establece en 5 (aproximadamente 2.4 nA). Nota: La corriente de carretera suele ser necesaria bebido a la señal CEIC es generalmente débil y más grande actual permite una imagen más distinguibles. </li><li> Utilizando el detector de electrones secundarios, ajustar el enfoque de la imagen y stigmation a través de la interfaz del software. Nota: Esto se realiza aquí con un clic derecho y arrastrar el ratón en la interfaz de software; vertical para el enfoque, para stigmation horizontal. También, es generalmente útil para encontrar una partícula pequeña o característica de la superficie sobre la muestra para proporcionar un sujeto clara para el ajuste de enfoque / stigmation. </li><li> Mueva la muestra en la distancia de trabajo vertical cambiando incrementalmente la posición Z de la etapa y ajustar el enfoque y stigmation según sea necesario. La posición Z se cambia a través del menú desplegable &#39;Z&#39; en el área de control de la &#39;etapa&#39; de la interfaz del software. Para el trabajo que se describe aquí, una distancia de trabajo de 5 mm colocado la misma a la altura del eucéntrica y preveía una fuerte señal CEIC. </li></ol> 4. Visualizar ECP Muestra &lt;ol&gt; <li> Cambie al modo de la EEB a través del menú &#39;Detectores&#39; desplegable en la interfaz del software. </li><li> Disminuir magnificación el ajuste más bajo (27x), que se realiza aquí mediante el teclado de la computadora menos (-) Tecla, para visualizar el ECP. </li><li> Ajuste la velocidad de barrido, hecho aquí a través del menú desplegable de la &#39;Scan&#39;, para proporcionar una imagen con suficiente señal-ruido (por ejemplo., Barrido lento en lugar de modo de TV). Nota: Promediar o la integración de la imagen puede ser necesario para obtener una imagen más clara discernible. </li><li> Ajuste el contraste de la imagen y el brillo, logrado aquí a través de la &#39;Contraste&#39; y sliders &#39;Brillo&#39;, para ayudar a mejorar la visibilidad de la ECP, teniendo cuidado de no saturar. </li><li> Ajuste la rotación de la muestra y la inclinación, utilizando la entrada &#39;T&#39; en el área &#39;etapa&#39; de control en la interfaz de software &#39;R&#39; y, para ayudar a que las características del patrón de canalización más evidente. Rotat Muestraion resultará en una rotación de la ECP (como se muestra en la Figura 2) y la inclinación dará lugar a una traducción de la ECP (como se muestra en la Figura 3). </li></ol> 5. Los defectos de imagen / características <ol><li> Ajustar la inclinación y la rotación de la muestra, como se describe en el paso 4.5, para establecer la condición de difracción deseado. Lograr esto mediante la traducción y / o girar el ECP para alinear el objetivo Kikuchi borde de la banda (es decir, el punto de inflexión entre la banda brillante Kikuchi y su asociada línea Kikuchi oscuro) con el eje óptico SEM. Mientras máxima canalización que realmente ocurre en la línea de Kikuchi, alineando en el método descrito aquí proporciona contraste visualización de los defectos con los dos niveles de contraste oscuras y brillantes (ver Figuras 4 y 5). </li><li> Una vez que se logra la condición de difracción deseado, aumentar la ampliación, hecho aquí a través del teclado tecla más (+). </li><li> Centrar imagen y ajustar stigmation, tal como se describe en el paso 3.2. Nota: Aquí, la focus y stigmation se ajustan mejor con respecto al defecto / característica específica de ser fotografiada. </li><li> Debido a las pequeñas desviaciones del borde de la banda pueden hacer grandes diferencias en la aparición del defecto objetivo o función, optimizar la condición de difracción haciendo pequeñas (no más ajustes a la inclinación de la muestra de forma ortogonal a la banda / línea de interés Kikuchi, mientras que viendo una característica específica para el máximo contraste. Tenga en cuenta que se mueve hacia el interior de la banda de Kikuchi típicamente reducir el contraste relativo de características &quot;brillante&quot;, mientras se mueve hacia el exterior de la banda (hacia la línea de Kikuchi) típicamente reducirá el contraste relativo de características &quot;oscuros&quot;. </li><li> Una vez que se obtiene el contraste deseado, reducir la ampliación para verificar que la misma banda todavía está en o muy cerca del eje óptico; demasiada inclinación puede cambiar la condición de difracción por completo. </li></ol>

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N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+channeling+contrast+imaging+of+atomic+steps+and+threading+dislocations+in+4H-SiC.">Electron channeling contrast imaging of atomic steps and threading dislocations in 4H-SiC.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (23), 234101 (2007).</li><li>Picard, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+SiC+Growth+Morphology+and+Extended+Defects+Investigated+by+Electron+Backscatter+Diffraction+and+Electron+Channeling+Contrast+Imaging.">Epitaxial SiC Growth Morphology and Extended Defects Investigated by Electron Backscatter Diffraction and Electron Channeling Contrast Imaging.</a> J. Electron. Mater. 37 (5), 691-698 (2008).</li><li>Wilkinson, A. 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Lett. 63 (18), 2543-2545 (1993).</li><li>Weidner, A., Martin, S., Klemm, V., Martin, U., Biermann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stacking+faults+in+high-alloyed+metastable+austenitic+cast+steel+observed+by+electron+channelling+contrast+imaging.">Stacking faults in high-alloyed metastable austenitic cast steel observed by electron channelling contrast imaging.</a> Scripta Mater. 64 (6), 513-516 (2011).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Un voltaje de aceleración de 25 kV se utilizó para este estudio. El voltaje de aceleración determinará la profundidad de penetración del haz de electrones; con mayor voltaje de aceleración, habrá señal procedente de la EEB mayores profundidades en la muestra. El alto voltaje de aceleración fue elegido para este sistema, ya que permite la visibilidad de las dislocaciones que están lejos de la superficie de la muestra, enterrados en la interfase. Otros tipos de defectos / características pueden ser más o menos...

Caracterización detallada de los defectos cristalinos y microestructura es un aspecto de vital importancia de los materiales semiconductores y la investigación dispositivo ya que tales defectos pueden tener un impacto significativo, negativo en el rendimiento del dispositivo. Actualmente, la microscopía electrónica de transmisión (TEM) es la técnica más ampliamente aceptado y utilizado para la caracterización detallada de los defectos extendidos - luxaciones, fallas de apilamiento, gemelos, dominios antifase, etc. -, ya que permite la proyección de imagen directa de una amplia variedad de defectos con amplia resolución espacial. Desafortunadamente, TEM es un enfoque fundamentalmente de bajo rendimiento debido a largos tiempos de preparación de muestras, que pueden conducir a retrasos y cuellos de botella significativos en los ciclos de investigación y desarrollo. Además, la integridad de la muestra, tal como en términos del estado cepa como adulto, puede ser alterada durante la preparación de la muestra, dejando la oportunidad para que los resultados adulterados. Electron canalización coformación de imágenes ntrast (ECCI) es un complementaria, y en algunos casos un potencialmente superior, técnica a TEM ya que proporciona un enfoque de alto rendimiento alternativa para obtener imágenes de los mismos defectos prolongados. En el caso de materiales epitaxiales, las muestras necesitan poca o ninguna preparación, haciendo ECCI mucho más eficiente en el tiempo. Adicionalmente ventajoso es el hecho de que ECCI requiere sólo un campo de emisión de microscopio electrónico de barrido (SEM) equipado con un polo anular pieza estándar montado de electrones de retrodispersión detector (EEB); forescatter geometría también se puede usar, pero requiere un equipo ligeramente más especializado y no se discute aquí. La señal CEIC se compone de electrones que han sido esparcidos inelásticamente de la viga en ir canalizada (electrón frente de onda), ya través de múltiples eventos de dispersión inelástica adicionales, son capaces de escapar de la muestra a través de la superficie. 1 Similar a dos- haz TEM, es posible llevar a cabo ECCI en condiciones de difracción específicos en el SEM por orienting la muestra para que los satisface haz de electrones incidente una condición Bragg cristalográfica (es decir, la canalización), según se determina usando electrones de baja magnificación canalizar patrones (PAE); 1,2 ver Figura 1 para un ejemplo. Simplemente, las PAE ofrecen una representación orientación espacial del haz de electrones incidente de difracción / canalización. 3 líneas oscuras que resultan de señal baja retrodispersión indican orientaciones haz de la muestra cuando se cumplan las condiciones de Bragg (es decir, líneas Kikuchi.,), Que produce fuertes canalización, mientras que el regiones brillantes indican alta retrodispersión, condiciones no difractiva. A diferencia de los patrones de Kikuchi producidos mediante difracción de retrodispersión de electrones (EBSD) o TEM, que se forman a través de difracción de electrones saliente, PAE son un resultado de la difracción de electrones incidente / canalización. En la práctica, las condiciones de difracción controladas para ECCI se consiguen mediante el ajuste de la orientación de la muestra, via inclinación y / o rotación bajo bajo aumento, de tal manera que la característica de ECP que representa la condición de Bragg bien definido de interés - por ejemplo, un [400] o [220] banda Kikuchi / línea - es coincidente con el eje óptico de la SEM . La transición a alta magnificación entonces, debido a la restricción resultante de la gama angular del haz de electrones incidente, selecciona eficazmente para una señal de EEB que, idealmente, corresponde solamente a la dispersión de la condición de difracción elegido. De esta manera es posible observar defectos que proporcionan contraste de difracción, tales como dislocaciones. Al igual que en TEM, el contraste de imágenes presentado por tales defectos está determinada por los criterios de invisibilidad estándar, g · (b x u) = 0 y g · b = 0, donde g representa el vector de difracción, b el vector de Burgers, y u la línea de dirección. 4 Estefenómeno ocurre porque los electrones solamente difractados de planos distorsionados por el defecto contendrá información sobre dicho defecto. Hasta la fecha, ECCI predominantemente se ha utilizado para características y defectos de imagen cerca o en la superficie de la muestra para los materiales funcionales tales como GaSb, 5 SrTiO 3, 5 GaN, 6-9 y SiC. 10,11 Esta limitación es el resultado de la superficie -sensible naturaleza de la señal ECCI sí mismo, en el que la EEB que componen la señal proviene de un rango de profundidad de aproximadamente 10 a 100 nm. La contribución más significativa a este límite de resolución de profundidad es el de ampliar y de amortiguación del-en ir frente de onda de electrones (electrones canalizados), como una función de la profundidad en el cristal, debido a la pérdida de electrones a los eventos de dispersión, lo que reduce la máxima de la señal de la EEB potencial. 1 No obstante, un cierto grado de resolución de profundidad ha sido reportado en el trabajo previo sobre el Si 1-x x Ge / Si yEn x Ga 1-x / Como heteroestructuras de GaAs, 12,13, así como, más recientemente (y en este documento) por los autores en heteroestructuras GAP / SI, 14 donde se utilizó CEIC de dislocaciones imagen inadaptados enterrados en la interfaz heteroepitaxial-celosía coincidentes en profundidades de hasta 100 nm (con profundidades mayores probabilidades posibles). Para el trabajo se detalla aquí, CEIC se utiliza para estudiar GAP crecimiento epitaxial de Si (001), un material complejo sistema de integración con la aplicación hacia áreas como la energía fotovoltaica y la optoelectrónica. GAP / Si es de particular interés como vía potencial para la integración de metamórfica (celosía coincidentes) semiconductores III-V sobre sustratos de Si rentables. Durante muchos años los esfuerzos en este sentido han sido plagado por la generación incontrolada de un gran número de defectos relacionados nucleación heterovalente, incluyendo dominios antifase, fallas de apilamiento y microtwins. Tales defectos son perjudiciales para el rendimiento del dispositivo, espefotovoltaica cialmente, debido al hecho de que pueden ser eléctricamente activo, actuando como centros de recombinación portador, y también pueden obstaculizar deslizamiento dislocación interfacial, dando lugar a densidades de dislocaciones superiores. 15 Sin embargo, los recientes esfuerzos de los autores y otros han llevado al desarrollo exitoso de los procesos epitaxiales que pueden producir películas GAP-en-Si libre de estos defectos de nucleación relacionados, 16-19 allanando así el camino para el progreso continuado. Sin embargo, debido al pequeño, pero no despreciable, desajuste reticular entre Gap y Si (0,37% a temperatura ambiente), la generación de dislocaciones de desajuste es inevitable, e incluso necesario para producir epicapas totalmente relajados. GAP, con su estructura de blenda de zinc a base de FCC, tiende a producir 60 ° dislocaciones de tipo borde (mixta y tornillo) en el sistema de deslizamiento, que son glissile y puede aliviar una gran cantidad de tensión a través de largas longitudes netas de deslizamiento. Complejidad adicional también se introduce por la falta de coincidencia enGAP y Si los coeficientes de expansión térmica, lo que resulta en una falta de coincidencia de celosía creciente con el aumento de temperatura (es decir., ≥ 0,5% inadaptado a temperaturas de crecimiento típicas). Debido a que los segmentos 20 de dislocación de roscado que componen el resto del bucle dislocación inadaptado (junto con el desajuste interfacial y la superficie de cristal) son bien conocidos por sus propiedades no-radiativos recombinación portadora asociadas, y el rendimiento del dispositivo de este modo degradado, 21 es importante para entender completamente su naturaleza y evolución de tal manera que sus números se pueden minimizar. Caracterización detallada de las dislocaciones de desajuste interfacial puede pues proporcionar una cantidad sustancial de información sobre la dinámica de dislocación del sistema. Aquí se describe el protocolo para el uso de un SEM para realizar CEIC y dar ejemplos de sus capacidades y fortalezas. Una distinción importante aquí es el uso del CEIC para realizar caracterís microestructuralzación de la clase normalmente realiza a través de TEM, mientras CEIC proporciona los datos equivalentes, pero en un marco de tiempo mucho más corto debido a las necesidades de preparación de muestras reducidas de manera significativa; en el caso de muestras epitaxiales con superficies relativamente lisas, hay efectivamente hay una preparación de muestra necesario en absoluto. El uso de ECCI para la caracterización general de defectos y dislocaciones de desajuste se describe, con algunos ejemplos de defectos cristalinos observados proporcionados. Se describe entonces el impacto de los criterios de invisibilidad en el contraste de imagen observada de una serie de dislocaciones interfaciales. Esto es seguido por una demostración de cómo ECCI se puede utilizar para llevar a cabo modos importantes de caracterización - en este caso un estudio para determinar el espesor crítico GAP-en-Si para la nucleación dislocación - proporcionar datos-TEM como, pero desde la comodidad de una SEM y en reducido significativamente marco de tiempo.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sirion Field Emission SEM</td>
			<td>FEI/Phillips</td>
			<td>516113</td>
			<td>Field emission SEM with beam voltage range of 200 V - 30 kV, equipped with a backscattered electron detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample of Interest</td>
			<td>Internally produced</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Synthesized/grown in-house via MOCVD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PELCO SEMClip</td>
			<td>Ted Pella, Inc.</td>
			<td>16119-10</td>
			<td>Reusable, non-adhesive SEM sample stub (adhesive attachment will also work)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electron channeling contrast imaging for rapid iii-v heteroepitaxial characterization

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging (ECCI) in a scanning electron microscope (SEM). ECCI allows for imaging of defects and crystallographic features under specific diffraction conditions, similar to that possible via plan-view transmission electron microscopy (PV-TEM). A particular advantage of the ECCI technique is that it requires little to no sample preparation, and indeed can use large area, as-produced samples, making it a considerably higher throughput characterization method than TEM. Similar to TEM, different diffraction conditions can be obtained with ECCI by tilting and rotating the sample in the SEM. This capability enables the selective imaging of specific defects, such as misfit dislocations at the GaP/Si interface, with high contrast levels, which are determined by the standard invisibility criteria. An example application of this technique is described wherein ECCI imaging is used to determine the critical thickness for dislocation nucleation for GaP-on-Si by imaging a range of samples with various GaP epilayer thicknesses. Examples of ECCI micrographs of additional defect types, including threading dislocations and a stacking fault, are provided as demonstration of its broad, TEM-like applicability. Ultimately, the combination of TEM-like capabilities &#8211; high spatial resolution and richness of microstructural data &#8211; with the convenience and speed of SEM, position ECCI as a powerful tool for the rapid characterization of crystalline materials.

El GAP / muestras de Si para este estudio fueron cultivadas por deposición de vapor químico metálico-orgánico (MOCVD) en un Aixtron 3 × 2 reactor ducha monobloc siguiente proceso heteroepitaxial de los autores informó anteriormente. 17 Todos los crecimientos se realizaron en 4 pulgadas Si ( 001) sustratos con misorientation intencional (sobrante) de 6 ° hacia [110]. Todas las imágenes ECCI se realizó en muestras AS-cultivadas sin preparación de la muestra adicional alguno (aparte de escisión para p...

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Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

Electron Canalización de imágenes de contraste para Rapid III-V heteroepitaxial Caracterización

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

10.9K vistas.  The Ohio State University. The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

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Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold molecular beams. However, these beams often contain multiple conformers and clusters, even at low rotational temperatures. We present an experimental methodology that allows the spatial separation of these constituent parts of a molecular beam expansion. Using an electric deflector the beam is separated by its mass-to-dipole moment ratio, analogous to a bender or an electric sector mass spectrometer spatially dispersing charged molecules on the basis of their mass-to-charge ratio. This deflector exploits the Stark effect in an inhomogeneous electric field and allows the separation of individual species of polar neutral molecules and clusters. It furthermore allows the selection of the coldest part of a molecular beam, as low-energy rotational quantum states generally experience the largest deflection. Different structural isomers (conformers) of a species can be separated due to the different arrangement of functional groups, which leads to distinct dipole moments. These are exploited by the electrostatic deflector for the production of a conformationally pure sample from a molecular beam. Similarly, specific cluster stoichiometries can be selected, as the mass and dipole moment of a given cluster depends on the degree of solvation around the parent molecule. This allows experiments on specific cluster sizes and structures, enabling the systematic study of solvation of neutral molecules.

We present a technique that allows the spatial separation of different conformers or clusters present in a molecular beam. An electrostatic deflector is used to separate species by their mass-to-dipole moment ratio, leading to the production of gas-phase ensembles of a single conformer or cluster stoichiometry.

Separación espacial de conformadores moleculares y cúmulos

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Investigación

Ingeniería

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

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

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

De silicio metal-óxido-semiconductor Quantum Dots para Bombeo solo electrón

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

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

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

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

Fabricación de rejillas de alto contraste para la División del espectro de dispersión de elementos en un Sistema de Concentración Fotovoltaica

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

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

El uso de un de varios compartimentos dinámico sola enzima fantasma de Estudios de hiperpolarizados Agentes de Resonancia Magnética

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Caracterización integral de defectos extendidos en materiales semiconductores por un microscopio electrónico de barrido

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators. One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator. This modulator is particularly well suited for holographic video experimentation as it is relatively simple and inexpensive to fabricate1-3. Some additional advantages of leaky mode devices include: large aggregate bandwidth, polarization separation of signal light from noise, large angular deflection and frequency control of color1. In order to realize these advantages, it is necessary to be able to adequately characterize these devices as their operation is strongly dependent on waveguide and transducer parameters4. To characterize the modulators, the authors use a commercial prism coupler as well as a custom characterization apparatus to identify guided modes, calculate waveguide thickness and finally to map the device's frequency input and angular output of leaky mode modulators. This work gives a detailed description of the measurement and characterization of leaky mode modulators suitable for full-color holographic video.

This work describes fabrication and characterization of anisotropic leaky mode modulators for holographic video.

Caracterización de anisotrópico de modo que gotean moduladores para holovídeo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

Electrochemical Etching and Characterization of Sharp Field Emission Points for Electron Impact Ionization

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. The results of studies in which the etching current and the molarity of the NaOH solution used in the etching process were varied are presented. The investigation of the geometry of the tips, by imaging them with a scanning electron microscope, and by operating them in field emission mode is also described. The field emission tips produced are intended to be used as an electron beam source for ion production via electron impact ionization of background gas or vapor in Penning trap mass spectrometry applications.

A method for electrochemically etching field emission tips is presented. Etching parameters are characterized and the operation of the tips in field emission mode is investigated.

Aguafuerte electroquímica y caracterización de los puntos agudos de emisión de campo de ionización por impacto electrónico

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by employing an aberration-corrected scanning transmission electron microscope as the exposure tool. Here, we present results of single-digit nanometer patterning of two widely used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. The method achieves sub-5 nanometer features in poly (methyl methacrylate) and sub-10 nanometer resolution in hydrogen silsesquioxane. High-fidelity transfer of these patterns into target materials of choice can be performed using metal lift-off, plasma etch, and resist infiltration with organometallics.

We use an aberration-corrected scanning transmission electron microscope to define single-digit nanometer patterns in two widely-used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. Resist patterns can be replicated in target materials of choice with single-digit nanometer fidelity using liftoff, plasma etching, and resist infiltration by organometallics.

Solo dígito nanómetros litografía de haz de electrones con una aberración-corregido exploración microscopio electrónico de transmisión

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft engines. However, developing VCE requires high costs. Thus, it is essential to build a mathematical model when developing an aircraft engine, which may avoid a large number of real tests and reduce the cost dramatically. Modeling is also crucial in control law development. In this article, based on a graphical simulation environment, a rapid method for modeling a double bypass variable cycle engine using object-oriented modeling technology and modular hierarchical architecture is described. Firstly, the mathematical model of each component is built based on the thermodynamic calculation. Then, a hierarchical engine model is built via the combination of each component mathematical model and the N-R solver module. Finally, the static and dynamic simulations are carried out in the model and the simulation results prove the effectiveness of the modeling method. The VCE model built through this method has the advantages of clear structure and real-time observation.

Here, we present a protocol to build a component-level mathematical model for a variable cycle engine.

Un método rápido para modelar un motor de ciclo variable

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Desarrollo del método para estudios espectroscópicos dieléctricos de cavidad resonante sin contacto de papel celulósico

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...