עבודה זו מומנה על ידי מועצת המחקר האירופית (ERC) במסגרת תוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי (No.803004).

1. הכנת הפתרון
<ol><li>הכינו פתרון המכיל טראתיל אורתוסיל מיובש (TEOS) 18 שעות לפני הפקת סרטי הג'ל במכסה המנוע של אדים שבו ממוקמים מאזן מעבדה ואסטר מגנטי.<ol>
<li>מוסיפים 0.7 גרם של אתר הקסדסיל פוליאתילן גליקול (Brij-58) ו 23.26 גרם אתנול לתוך בקבוק 50 מ"ל וסוגר את המכסה של הבקבוק ומערבבים אותו עד Brij מומס לחלוטין.</li>
		<li>מוסיפים 1.5 גרם של HCl 35% לתוך הבקבוק בשלב 1.1.1, סוגרים אותו ומערבבים במשך 20 שניות.</li>
		<li>הוסף 4.22 גרם של TEOS לבקבוק בשלב 1.1.2, סגור אותו ונתן לו לבחוש במשך 18 שעות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הכנת 1 M פתרון מימית של Sr2+ ממש לפני הייצור של סרטי ג'ל כי פתרון התבגר הוא רגישים מחדש לזרז בצורה של מלח Sr.<ol>
<li>לשקול 2.67 גרם של SrCl2·6H2O בבקבוק נפחי 10 מ"ל.</li>
		<li>מוסיפים 10 מ"ל מים אולטרה-דקים (למשל, מילי-Q) עד 10 מ"ל לתוך הבקבוק בשלב 1.2.1 וסוגרים את הבקבוק עם כיפת פלסטיק ומנערים בעדינות את הבקבוק כדי להמיס את הסטרונציום כלוריד.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הוסף 275 μL של הפתרון מימית 1 M של Sr2 + לתוך בקבוק 10 מ"ל המכיל את הפתרון שהוכן בשלב 1.1 ומערבבים את הפתרון במשך 10 דקות.</li>
</ol>2. הכנת תבניות פוליאדימיאתילסילוקסן (PDMS)
<ol><li>הכנת פתרון PDMS לאחר שלב 1.3.<ol>
<li>מערבבים חלק אחד של סוכן הריפוי עם 10 חלקים של האלסטומר ב על האיזון. מערבבים את התערובת עם מקל זכוכית עד לקבלת הפצה הומוגנית של בועות ולהסיר אותו בתא ואקום.</li>
	</ol>
</li>
	<li>שכפל את מנהל הסיליקון באמצעות פתרון PDMS. שימו לב שעבור עבודה זו, השתמשנו במאסטר בדוגמת סיליקון המורכב מעמודים עם קטרים, גובה ומרחק הפרדה של 1 מיקרומטר.<ol>
<li>שים את אדון הסיליקון עם הפנים המובניות למעלה בקופסת פלסטיק ומלא את התיבה בתמיסת PDMS.</li>
		<li>הכנס את קופסת הפלסטיק לכבשן ב- 70 °C (70 °F) למשך 2 שעות כדי להשיג תבנית PDMS מוצקה.</li>
		<li>הפרד בין תבנית PDMS לבין תבנית הבסיס לסיליקון. חותכים את תבנית PDMS לגודל הרצוי באמצעות להב ושומרים אותה בתיבה נקייה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. תצהיר סרט ג'ל על מצעי SOI (100) על ידי ציפוי טבילה
<ol><li>הכנת המצעים<ol>
<li>הכן 2 ס"מ x 6 ס"מ בגודל מצעים על ידי חיתוך רקיק SOI בגודל 2 אינץ' עם עובי של 2/0.5/0.67 מיקרומטר (Si/SiO2/Si) בכיוון מקבילי או ניצב לדירת הוופל באמצעות קצה יהלום. שים לב כי המוליכות של שכבת התקן הסיליקון חייבת להיות בין 1 ל 10 Ω /cm.</li>
		<li>הציגו את המצעים בתמיסת פיראנה למשך 20 דקות על מנת למנוע שאריות פולימר אפשריות.</li>
		<li>לנקות עם מים DI, ואז עם אתנול, ולתת להם להתייבש או להשתמש בזרימת חנקן. שלב זה צריך להתבצע רק לאחר שלב 1.3.</li>
	</ol>
</li>
	<li>תצהיר של פתרון המכיל טוראתיל אורתוסיל טרום הידרוליזה (TEOS), ריג'-58 סולפקטי ו-SrCl2 6H2O.<ol>
<li>על מנת להשיג סרט סיליקה הומוגני, להגדיר את התא של מעיל טבילה בתנאים בלחות יחסית 40% ו 25 °C (70 °F) של טמפרטורה.</li>
		<li>מניחים בגודל של כ 5 סמ x 1 סמ x 8 סמ מתחת למצע SOI תלוי מזרוע מעיל לטבול וליצור רצף ציפוי לטבול עם מהירות של 300 ממ / דקה בטבילה ונסיגה. הגדר את זמן הטבילה (זמן במיקום הסופי) לאפס.</li>
		<li>מלאו את הכומתה בתמיסה שהוכנה בשלב 1.3 והמתינו עד שטמפרטורת הלחות היחסית תהיה יציבה, כלומר 40% ו-25 מעלות צלזיוס, בהתאמה.</li>
		<li>בצע ציפוי טבילה יחיד ולחכות עד שהסרט הופך הומוגני.</li>
		<li>הצג את מצע SOI לתוך תנור ב 450 מעלות צלזיוס במשך 5 דקות עבור התכווצות של הסרט ג'ל כדי לקבל עובי של 200 ננומטר.</li>
		<li>חזור על שלבים 3.2.3 ו 3.2.4 פעמיים יותר כדי להפיק סרט עם סביב 600 ננומטר של עובי. כדי להבטיח את יציבות הפתרון, יש לבצע תהליך חוזר תוך שעה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. מיקרו/ננו-מבנה פני השטח על ידי ליתוגרפיה של הטבעה רכה
<ol><li>הכן את מבני מיקרו / ננו על פני השטח של הסרט בתנאים של לחות יחסית 40% ו 25 °C (70 °F) של טמפרטורה.<ol>
<li>חזור על שלב 3.2.3 כדי להפקיד סרט חדש על מצע SOI.</li>
		<li>מניחים את מצע SOI לאחר שלב 3.2.1 על משטח שטוח ולשים את עובש PDMS מוכן בשלב 2.2 על מצע SOI בעוד סול-ג'ל מתאדה.</li>
		<li>שים את מצע SOI עם עובש PDMS בתנור ב 70 מעלות צלזיוס במשך 1 דקות, ולאחר מכן ב 140 מעלות צלזיוס במשך 2 דקות בכבשן שני. לאחר מכן, השאירו אותו להתקררות.</li>
		<li>הסר את תבנית ה- PDMS כדי להשיג סרט ג'ל מיקרו/ננו-מובנה על מצע SOI.</li>
		<li>הציגו את מצע SOI לכבשן בגובה 450 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות כדי לאחד סרט ג'ל מיקרו/ננו-מובנה בגובה 600 ננומטר.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. התגבשות סרט ג'ל על ידי טיפול תרמי
<ol><li>טיפול תרמי של סרטי ג'ל על SOI (100).<ol>
<li>לתכנת את חימום תנור צינורי מטמפרטורת החדר ל 1000 °C (60 °F).</li>
		<li>הציגו את הדגימה שהונחה בסירת קרמיקה לתוך התנור ב 1000 מעלות צלזיוס במשך 5 שעות. אין לכסות את צינור העבודה הצינורי במהלך כל הטיפול התרמי על מנת להרוות את התנור באוויר. לבסוף, להגיע לטמפרטורת החדר על ידי קירור התנור ללא כל רמפה מתוכנתת.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. עיצוב פריסת מסכת ליטוגרפיה
המסכה המשמשת בתהליך זה מיועדת במיוחד לייצור מכשיר על מצע SOI עם קוורץ ננו אפיטקסיאלי. כל תהליכי הייצור מתבצעים בצד הקוורץ. המסכה תוכננה באופן שיש להשתמש בטון שלילי בכל שלב. המסכה מאורגנת בארבעה שלבים שונים כפי שמוסבר להלן.
<ol><li>דוגמא הקוורץ כדי לקבוע את הצורה של cantilever וגם 30 מיקרומטר x 30 מיקרומטר מרובע צורה אזור מגע. לדוגמה, 40 מיקרומטר x 100 מיקרומטר גודל צורה מלבנית אזור cantilever מתוך 120 מיקרומטר x 160 מיקרומטר אזור מוגן עם התנגדות שלילית והשאר חרוט עד שכבת סיליקון.</li>
	<li>להבין את האלקטרודות העליונות והתחתון. האלקטרודה העליונה מעוצבת על אזור cantilever בצורת מלבני ואת האלקטרודה התחתונה מעוצבת על שכבת סיליקון 2 מיקרומטר עבה על 30 מיקרומטר x 30 מיקרומטר אזור חרוט. הרוחב של המגע העליון הוא 4 מיקרומטר קטן יותר מאשר אזור cantilever בדוגמת ואת הגודל של המגע התחתון הוא גדול יותר מאשר 30 מיקרומטר x 30 מיקרומטר מרובע צורה חרוטה באזור בשלב 1.</li>
	<li>תחרוט את כל 2 שכבות סיליקון עבה μm ב 120 מיקרומטר x 160 מיקרומטר U בצורת שטח סביב cantilever בצורת מלבן. האזור החרוט הוא שוב בצורת U אבל 4 מיקרומטר קטן יותר מכל צד כדי להגן על אזור cantilever מפני התקפת HF בשלב האחרון.</li>
	<li>שחררו את הקנטילוור עם תחריט BOE של SiO2. אזור cantilever מוגן הוא 2 מיקרומטר גדול יותר מאשר באזור cantilever בפועל. החלק החשוב ביותר הוא להגן על פני השטח והריקים של cantilever.</li>
</ol>7. ניקוי דגימות הקוורץ לתהליך המיקרו-פיבריקציה עם פתרון פיראנה
<ol><li>הכן פתרון פיראנה על ידי הוספה איטית של 10 מ"ל של מי חמצן (H2O2) לתוך 20 מ"ל של חומצה גופרתית (H2SO4) בטמפרטורת הסביבה. תערובת זו יוצרת תגובה תרמית.<ol>
<li>שים את הדגימות בתוך פתרון זה במשך 10 דקות על מנת לנקות את כל השאריות האורגניות.</li>
		<li>לשטוף את הדגימות עם מים DI ולייבש אותם עם חנקן.</li>
	</ol>
</li>
</ol>8. שלב 1: דפוס צורת cantilever על הסרט הדק קוורץ
<ol><li>תהליך הליטוגרפיה הראשון<ol>
<li>לשטוף את הדגימות עם אצטון, IPA, ולאחר מכן לפוצץ חנקן יבש.</li>
		<li>שים את הדגימות על הצלחת החמה ב 140 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות של dehumidification.</li>
		<li>ספין AZ2070 פוטורסיסט שלילי במהירות של 4000 סל"ד עבור 30 s.</li>
		<li>שים את הדגימות על הצלחת החמה כדי softbake ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 s.</li>
		<li>לחשוף את המדגם עם 37.5 mJ.cm-2 מינון UV עבור 5 s.</li>
		<li>שים את המדגם על הצלחת החמה לאפייה לאחר החשיפה ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 s.</li>
		<li>לפתח מפתח MIF 726 עבור 100 s בטמפרטורת הסביבה, ולאחר מכן לשטוף במים DI ולפוצץ חנקן יבש. העובי הצפוי הוא 5.5 מיקרומטר.</li>
		<li>שים את המדגם על הלוחית ב 125 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות כדי hardbake להתנגד.</li>
	</ol>
</li>
	<li>תחריט יון תגובתי (RIE) של שכבת הקוורץ<ol>
<li>תחרוט את הקוורץ עד שכבת הסיליקון באמצעות RIE עם קצב זרימת גז של 60 sccm CHF3, 20 sccm 02, ו 10 sccm Ar ב 100 W RF כוח.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ניקוי שאריות ההתנגדות<ol>
<li>נקי עם פלזמה בקצב זרימה של 90 sccm 02 במשך 5 דקות.</li>
		<li>אם שלב הניקוי הראשון אינו מספיק, השאירו את הדגימה ב- PG מסיר ב 80 °C (60 °F) עד שכל ההתנגדות מוסרים.</li>
		<li>לאחר מכן, לשים את המדגם בתמיסת פיראנה (20 מ"ל של חומצה גופרתית H2SO4 + 10 מ"ל של מי חמצן H2O2) במשך 10 דקות. לאחר מכן, לשטוף במים DI ולפוצץ יבש עם חנקן.</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. שלב 2: מימוש האלקטרודה התחתונה והעליונה
<ol><li>תהליך הליטוגרפיה השני<ol>
<li>לשטוף את הדגימות עם אצטון, IPA, ולאחר מכן לפוצץ חנקן יבש.</li>
		<li>שים את הדגימות על הצלחת החמה ב 140 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות של dehumidification.</li>
		<li>ספין AZ2020 פוטורסיסט שלילי במהירות של 4000 סל"ד למשך 30 שניות.</li>
		<li>שים את המדגם על הצלחת החמה כדי softbake ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 s.</li>
		<li>לחשוף את המדגם עם 23.25 mJ.cm-2 מינון UV עבור 3 s.</li>
		<li>שים את המדגם על הצלחת החמה לאפייה לאחר החשיפה ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 s.</li>
		<li>לפתח MIF 726 מפתח עבור 50 s בטמפרטורת הסביבה, ולאחר מכן לשטוף במים DI ולפוצץ חנקן יבש. העובי הצפוי הוא 1.7 מיקרומטר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>תצהיר מתכת לאלקטרודות העליונות והתחתון.<ol>
<li>הפקד 50 ננומטר כרום בקצב של 4 A/s ו 120 ננומטר פלטינה ב 2.5 A/s עם אידוי קרן אלקטרונים ב10-6 mbar.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הרמת מתכת<ol>
<li>השאירו את הדגימות תחילה באצטון ולאחר מכן ב- IPA עד הרמת מתכת מוצלחת.</li>
		<li>בדוק את הדגימה עם מיקרוסקופ אופטי ואם יש צורך, להשאיר את המדגם מסיר PG ב 80 מעלות צלזיוס עד שכל המתכות להרים. לאחר מכן, לשטוף במים DI ולפוצץ חנקן יבש.</li>
		<li>אם שלב 9.3.2 לא מספיק, לשים את הדגימות מנקה קולי אצטון במשך 5 דקות. חזור על פעולה זו כמה פעמים לפי הצורך.</li>
		<li>לשטוף את הדגימות עם אצטון, IPA, ולאחר מכן לפוצץ יבש עם חנקן.</li>
	</ol>
</li>
</ol>10. שלב 3: דוגמא את המדגם כדי לחרוט Si(100) שכבה
<ol><li>תהליך הליטוגרפיה השלישי<ol>
<li>לשטוף את הדגימות עם אצטון, IPA, ולאחר מכן לפוצץ חנקן יבש.</li>
		<li>שים את הדגימות על הצלחת החמה ב 140 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות של dehumidification.</li>
		<li>ספין AZ2070 פוטורסיסט שלילי במהירות של 2000 סל"ד עבור 30 s.</li>
		<li>שים את המדגם על כיריים עבור softbake ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 s.</li>
		<li>לחשוף את המדגם עם 37.5 mJ.cm-2 מינון UV עבור 5 s.</li>
		<li>שים את המדגם על כיריים עבור לאחר החשיפה לאפות ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 s.</li>
		<li>לפתח MIF 726 עבור 110 s בטמפרטורת הסביבה, ולאחר מכן לשטוף במים DI ולפוצץ יבש עם חנקן. העובי הצפוי הוא 5.9 מיקרומטר.</li>
		<li>שים את המדגם על הצלחת החמה ב 125 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות כדי hardbake להתנגד.</li>
	</ol>
</li>
	<li>תחריט יון תגובתי של שכבת הסיליקון<ol>
<li>תחרוט את שכבת הסיליקון עד SiO2 שכבה באמצעות RIE עם קצב זרימת גז של 60 sccm CHF3, 20 sccm 02 ו 10 sccm Ar ב 100W RF כוח.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ניקוי שאריות ההתנגדות<ol>
<li>תחילה נקי עם פלזמה בקצב זרימה של 90 sccm 02 במשך 5 דקות.</li>
		<li>השאירו את הדגימה ב- PG מסיר ב 80 °C (60 °F) עד שכל ההתנגדות מוסרת. לאחר מכן, לשטוף במים DI ולפוצץ חנקן יבש.</li>
	</ol>
</li>
</ol>11. שלב 4: שחרור cantilever על ידי תחריט כימי רטוב של SiO2
<ol><li>תהליך הליטוגרפיה הרביעי<ol>
<li>לשטוף את הדגימות עם אצטון, IPA, ולאחר מכן לפוצץ חנקן יבש.</li>
		<li>שים את הדגימות על הצלחת החמה ב 140 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות של dehumidification.</li>
		<li>ספין AZ2020 פוטורסיסט שלילי במהירות של 2000 סל"ד למשך 30 שניות.</li>
		<li>שים את המדגם על כיריים לאפייה רכה ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 s.</li>
		<li>לחשוף את המדגם עם 37.5 mJ.cm-2 מינון UV עבור 5 s.</li>
		<li>שים את המדגם על כיריים עבור לאחר החשיפה לאפות ב 115 מעלות צלזיוס במשך 60 s.</li>
		<li>לפתח MIF 726 עבור 65 s בטמפרטורת הסביבה. יש לשטוף במים DI ולאחר מכן לפוצץ חנקן יבש. העובי הצפוי הוא 2.3 מיקרומטר.</li>
		<li>שים את המדגם על הלוחית ב 125 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות כדי hardbake להתנגד.</li>
	</ol>
</li>
	<li>תחריט רטוב של שכבת SiO2 עם תחריט תחמוצת אגירה (BOE)<ol>
<li>שים את הפתרון BOE 7:1 במיכל מבוסס פוליטרה-פלואורותילן (PTFE).</li>
		<li>שים את המדגם בתמיסה זו ולהשאיר אותו בטמפרטורת הסביבה עד כל SiO2 שכבות חרוטים מתחת cantilever. ואז לשטוף במים DI ולפוצץ חנקן יבש.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ניקוי שאריות ההתנגדות<ol>
<li>לשטוף את הדגימות עם אצטון, IPA, ולאחר מכן לפוצץ חנקן יבש.</li>
		<li>במידת הצורך, לנקות את שאריות להתנגד עם פלזמה בקצב זרימה של 90 sccm O2 במשך 5 דקות.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Vila-Fungueiri&#241;o, J. M., 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=Integration+of+functional+complex+oxide+nanomaterials+on+silicon.">Integration of functional complex oxide nanomaterials on silicon.</a> Frontiers in Physics. 3, (2015).</li><li>Carretero-Genevrier, A., 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=Direct+monolithic+integration+of+vertical+single+crystalline+octahedral+molecular+sieve+nanowires+on+silicon.">Direct monolithic integration of vertical single crystalline octahedral molecular sieve nanowires on silicon.</a> Chemistry of Materials. 26 (2), 1019-1028 (2014).</li><li>Gomez, A., 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=Crystal+engineering+of+room-temperature+ferroelectricity+in+epitaxial+1D+hollandite+oxides+on+silicon.">Crystal engineering of room-temperature ferroelectricity in epitaxial 1D hollandite oxides on silicon.</a> arXiv:2007.03452 [cond-mat.mtrl-sci]. , (2020).</li><li>Tadigadapa, S., 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=Piezoelectric+MEMS+sensors:+state-of-the-art+and+perspectives.">Piezoelectric MEMS sensors: state-of-the-art and perspectives.</a> Measurement Science and Technology. 20 (9), 092001 (2009).</li><li>Yin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+epitaxial+piezoelectric+thin+films+on+silicon.">Integration of epitaxial piezoelectric thin films on silicon.</a> Ecole Centrale de Lyon, France. , (2013).</li><li>Isarakorn, D., 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+piezoelectric+MEMS+on+silicon.">Epitaxial piezoelectric MEMS on silicon.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (5), 055008 (2010).</li><li>Craighead, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoelectromechanical+systems.">Nanoelectromechanical systems.</a> Science. 290 (5496), 1532-1535 (2000).</li><li>Warusawithana, M. P., 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=A+ferroelectric+oxide+made+directly+on+silicon.">A ferroelectric oxide made directly on silicon.</a> Science. 324 (5925), 367-370 (2009).</li><li>Galliou, S., 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=Quality+factor+measurements+of+various+types+of+quartz+crystal+resonators+operating+near+4+K.">Quality factor measurements of various types of quartz crystal resonators operating near 4 K.</a> IEEE Transactions on Ultrasonic, Ferroelectrics, and Frequency Control. 63 (7), (2015).</li><li>Danel, J. S., Delapierre, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quartz:+a+material+for+microdevices.">Quartz: a material for microdevices.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 1 (4), 187 (1991).</li><li>Sohn, Y. I., 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=Mechanical+and+optical+nanodevices+in+single-crystal+quartz.">Mechanical and optical nanodevices in single-crystal quartz.</a> Applied Physics Letters. 111 (26), 263103 (2017).</li><li>Santybayeva, Z., 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=Fabrication+of+quartz+microcylinders+by+laser+interference+lithography+for+angular+optical+tweezers.">Fabrication of quartz microcylinders by laser interference lithography for angular optical tweezers.</a> Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS. 15, 3 (2016).</li><li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+electro-optical+lithium+niobate+photonic+crystal+wire+waveguide+on+a+smart-cut+thin+film.">Enhanced electro-optical lithium niobate photonic crystal wire waveguide on a smart-cut thin film.</a> Optics Express. 20 (3), 2974-2981 (2012).</li><li>Carretero-Genevrier, A., 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=Soft-chemistry-based+routes+to+epitaxial+alpha-quartz+thin+films+with+tunable+textures.">Soft-chemistry-based routes to epitaxial alpha-quartz thin films with tunable textures.</a> Science. 340 (6134), 827-831 (2013).</li><li>Carretero-Genevrier, A., Gich, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+macroporous+epitaxial+quartz+films+on+silicon+by+chemical+solution+deposition.">Preparation of macroporous epitaxial quartz films on silicon by chemical solution deposition.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (106), e53543 (2015).</li><li>Zhang, Q., 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=Tailoring+the+crystal+growth+of+quartz+on+silicon+for+patterning+epitaxial+piezoelectric+films.">Tailoring the crystal growth of quartz on silicon for patterning epitaxial piezoelectric films.</a> Nanoscale Advances. 1 (9), 3741-3752 (2019).</li><li>Zhang, Q., 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=Micro/nanostructure+engineering+of+epitaxial+piezoelectric+&#945;-quartz+thin+films+on+silicon.">Micro/nanostructure engineering of epitaxial piezoelectric &#945;-quartz thin films on silicon.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (4), 4732-4740 (2020).</li><li>Sansen, T., 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=Mapping+cell+membrane+organization+and+dynamics+using+soft+nanoimprint+lithography.">Mapping cell membrane organization and dynamics using soft nanoimprint lithography.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (26), 29000-29012 (2020).</li><li>Jolly, C., 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=Soft+chemistry+assisted+on-chip+integration+of+nanostructured+quartz-based+piezoelectric+microelectromechanical+system.">Soft chemistry assisted on-chip integration of nanostructured quartz-based piezoelectric microelectromechanical system.</a> arXiv:2007.07566 [physics.app-ph]. , (2020).</li></ol>

למחברים אין מה לחשוף.

השיטה המוצגת היא שילוב של גישות מלמטה למעלה ומלמעלה למטה לייצור מיקרו-קנטילרים פיזואלקטריים ננו-מובנים של קוורץ בטכנולוגיית Si. Quartz/Si-MEMS המציעה יתרונות משמעותיים על פני קוורץ בתפזורת מבחינת גודל, צריכת חשמל ועלות אינטגרציה. ואכן, קוורץ אפיטקסיאלי/Si MEMS מיוצרים בתהליכים תואמי CMOS. זה יכול להק...

תחמוצת ננו עם תכונות piezoelectric הם מרכזיים לתכנן התקנים כגון חיישני MEMS או מקצרי אנרגיה מיקרו או אחסון1,2,3. ככל שההתקדמות בטכנולוגיית CMOS גדלה, האינטגרציה המונוליטית של סרטים פנטקסיים וננו-מבנים איכותיים לסיליקון הופכת לנושא מעניין להרחבת מכשירים חדשניים חדשים4. בנוסף, שליטה רבה יותר של מזעור של התקנים אלה נדרש כדי להשיג ביצועים גבוהים5,6. יישומי חיישנים חדשים בתחום האלקטרוניקה, הביולוגיה והרפואה מופעלים על ידי ההתקדמות בטכנולוגיות מיקרו וננו-פבריקציה7,8.
בפרט, α-קוורץ נמצא בשימוש נרחב כחומר פיזואלקטרי ומציג מאפיינים יוצאי דופן, המאפשרים למשתמשים לבצע ייצור עבור יישומים שונים. למרות שיש לו גורם צימוד אלקטרומכני נמוך, המגביל את אזור היישום שלו לקצירת אנרגיה, היציבות הכימית שלו וגורם האיכות המכני הגבוה הופכים אותו למועמד טוב להתקני בקרת תדרים וטכנולוגיות חיישנים9. עם זאת, התקנים אלה היו micromachined מגבישי קוורץ יחיד בתפזורת אשר יש את המאפיינים הרצויים לייצור מכשיר10. העובי של גביש הקוורץ צריך להיות מוגדר באופן כזה שתדירות התהודה הגבוהה ביותר ניתן להשיג מהמכשיר, כיום, העובי הנמוך ביותר בר השגה הוא 10 מיקרומטר11. עד כה, כמה טכניקות micropattern גבישים בתפזורת כגון כלוב פאראדיי זווית תחריט11, ליתוגרפיה הפרעה לייזר12, וקרן יון ממוקדת (FIB)13 דווחו.
לאחרונה, אינטגרציה ישירה מלמטה למעלה של צמיחה אפיטקסיאלית של (100) סרט α-קוורץ לתוך מצע הסיליקון (100) פותחה על ידי תצהיר פתרון כימי (CSD)14,15. גישה זו פתחה דלת להתגבר על האתגרים הנ"ל וגם לפתח התקנים מבוססי פיזואלקטריה ליישומי חיישנים עתידיים. התאמת המבנה של סרט α-קוורץ על מצע הסיליקון הושגה והיא אפשרה לשלוט במרקם, בצפיפות ובעובי של הסרט16. עובי הסרט α-קוורץ הורחב מכמה מאות ננומטרים לטווח המיקרון, דק פי 10 עד 50 מאלה שהושגו על ידי טכנולוגיות מלמעלה למטה על גבישים בתפזורת. אופטימיזציה של תנאי תצהיר ציפוי טבילה, לחות וטמפרטורה התאפשרה להשיג הן סרט קוורץ גבישי nanostructured מתמשך דפוס nanoimprinted מושלמת על ידי שילוב של קבוצה של טכניקות ליתוגרפיה מלמעלה למטה17. באופן ספציפי, ליתוגרפיה ננו-הדפסת רכה (NIL) היא תהליך מבוסס ציוד בקנה מידה גדול בעלות נמוכה. יישום של NIL רך, המשלב גישות מלמעלה למטה ומטה למעלה, הוא מפתח לייצור מערכי nanopillar קוורץ epitaxial על סיליקון עם שליטה מדויקת של קטרים עמוד, גובה, ואת המרחקים interpillar. יתר על כן, ייצור של nanopillar סיליקה עם צורה מבוקרת, קוטר, ומחזוריות על זכוכית borosilicate עבור יישום ביולוגי בוצעה התאמה אישית של NIL רך של סרט דק קוורץ epitaxial18.
עד כה, זה לא היה אפשרי עבור שילוב על שבב של ננו פיזואלקטרי מובנה α-קוורץ MEMS. כאן, אנו מציירים את המסלול ההנדסי המפורט החל מחומר לייצור מכשיר. אנו מסבירים את כל השלבים לסינתזה חומרית, NIL רך, ואת microfabrication של המכשיר כדי לשחרר cantilever קוורץ piezoelectric על מצע SOI19 ולדון בתגובתה כחומר פיזואלקטרי עם כמה תוצאות אפיון.

<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

בעבודה זו, אנו מראים מסלול הנדסי מפורט של מיקרו-קנה-קנה-קוורץ פיזואלקטרי ראשון. נסביר את כל השלבים בתהליך החל מהחומר ועד לייצור המכשיר. הצמיחה האפיטאקסית של סרט α-קוורץ על SOI (100) מצע מתחיל עם הכנת סטרונציום מסומם סיליקה סול-ג'ל וממשיך עם התצהיר של ג'ל זה לתוך מצע SOI בצורת סרט דק באמצעות טכניקת ציפוי לטבול בתנאים אטמוספריים בטמפרטורת החדר. לפני התגבשות סרט הג'ל, ננו-מבנה מבוצע על פני השטח של הסרט על ידי ליתוגרפיה ננו-הדפס (NIL). צמיחת הסרט Epitaxial הוא הגיע ב 1000 מעלות צלזיוס, גרימת התגבשות מושלמת של הסרט ג'ל בדוגמת. ייצור של התקני קנטיליבר גביש קוורץ הוא תהליך בן ארבעה שלבים המבוסס על טכניקות microfabrication. התהליך מתחיל בעיצוב פני השטח של הקוורץ, ואז תצהיר מתכת לאלקטרודות עוקב אחריו. לאחר הסרת הסיליקון, cantilever הוא שוחרר ממצע SOI ביטול SiO2 בין סיליקון קוורץ. ביצועי המכשיר מנותחים על ידי ויברומטר לייזר ללא מגע (LDV) ומיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM). בין הממדים השונים של cantilever הכלולים בשבב המפוברק, cantilever nanostructured ניתח בעבודה זו הציג מימד של 40 מיקרומטר גדול ו 100 מיקרומטר ארוך היה מפוברק עם שכבת קוורץ בדוגמת 600 ננומטר (קוטר nanopillar ומרחק ההפרדה של 400 ננומטר ו 1 מיקרומטר, בהתאמה) גדל epitaxially על 2 מיקרומטר עבה Si שכבת המכשיר. תדר התהודה הנמדד היה 267 kHz וגורם האיכות המשוער, Q, של המבנה המכאני כולו היה Q ~ 398 בתנאי ואקום נמוכים. ראינו את התזוזה הליניארית תלוית המתח של cantilever בשתי הטכניקות (כלומר, מדידת מגע AFM ו- LDV). לכן, להוכיח כי התקנים אלה ניתן להפעיל באמצעות אפקט פיזואלקטרי עקיף.

התקדמות סינתזת החומר והפיתוח של המכשיר (ראו איור 1)תוארה באופן סכמטי על ידי ניטור שלבים שונים בתמונות אמיתיות. לאחר תהליכי המיקרו-פבריקציה, הבחנו בהיבט של הקנטילוורים הננו-מובנים באמצעות תמונות מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת שדה (FEG-SEM)(איור 2a-c). עקיפ...

Watch this Scientific Journal Video about Epitaxial Nanostructured Î±-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices at JoVE.com

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

עבודה זו מציגה פרוטוקול מפורט עבור microfabrication של nanostructured α-קוורץ cantilever על מצע טכנולוגי סיליקון-On-Insulator (SOI) החל הצמיחה האפיטאקסיאלית של סרט קוורץ עם שיטת ציפוי לטבול ולאחר מכן ננו-מבנה של הסרט הדק באמצעות ליטוגרפיה nanoimprint.

Epitaxial ננו מובנה α-קוורץ סרטים על סיליקון: מהחומר למכשירים חדשים

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

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

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

5.3K Views.  Université de Montpellier. עבודה זו מציגה פרוטוקול מפורט עבור microfabrication של nanostructured α-קוורץ cantilever על מצע טכנולוגי סיליקון-On-Insulator (SOI) החל הצמיחה האפיטאקסיאלית של סרט קוורץ עם שיטת ציפוי לטבול ולאחר מכן ננו-מבנה של הסרט הדק באמצעות ליטוגרפיה nanoimprint.

Video: 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.

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

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

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.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

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

Chemistry

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.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

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.

ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב

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.

הכנת Macroporous Epitaxial קוורץ סרטים על הסיליקון על ידי פתרון כימי הפקדת

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.

הצמיחה epitaxial של perovskite סטרונציום Titanate על גרמניום באמצעות הפקדת אטומית Layer

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.

ההשפעה של מליטה כימית interfacial ב TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; מרוכבים על הביצועים שלהם NOX photatalyalytic הפחתה

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.

שיטה חדשה עבור<em&gt; באתרו</em&gt; אפיון אלקטרומכני של דגימות ננומטריות

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.

ייצור של סרטים צבע דקים עם מאוד קליטת מדיה באמצעות התצהיר זווית אלכסונית

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.

בתפזורת, סרט דק סינתזה של תחמוצות מיוצב אנטרופיה Variant מאלכוהול

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 ...

Epitaxial ננו מובנה α-קוורץ סרטים על סיליקון: מהחומר למכשירים חדשים

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video