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.

Questo protocollo è stato scritto con un presupposto che il lettore avrà una chiara visione di funzionamento standard SEM. A seconda del produttore, modello, e anche la versione del software, ogni SEM può avere significativamente differenti interfacce hardware e / o software. Lo stesso si può dire per quanto riguarda la configurazione interna dello strumento; l&#39;operatore deve essere prudenti e attenti quando si segue questo protocollo, come anche relativamente piccoli cambiamenti nella dimensione del campione / geometria, orientamento del campione (inclinazione, rotazione), e distanza di lavoro, possono presentare un rischio per entrare in contatto con il polo pezzo, soprattutto se Non all&#39;altezza eucentrica. Le istruzioni fornite qui sono per lo strumento utilizzato per eseguire questo lavoro, una FEI Sirion SEM equipaggiato con una pistola ad emissione di campo e uno standard, polo pezzo montato, anulare Si backscatter rivelatore. Pertanto, è imperativo che il lettore a capire come eseguire le operazioni equivalenti sul proprio attrezzature specifiche. </p&gt; Preparazione 1. Campione <ol><li> Campione fende, GaP / Si per questo studio, in un formato adatto a seconda delle dimensioni del campione SEM monte che deve essere utilizzato. Nota: Il campione può essere di soli 5 mm x 5 mm grande come un wafer completo (lungo 4 pollici), a seconda della geometria interna del SEM utilizzato e la superficie della camera del campione space.The disponibili dovrebbe essere molto pulito e privo di contaminazione che potrebbe disturbare la canalizzazione (ad es., cristallino o ossidi nativi amorfi). </li><li> Mettere il campione sul campione SEM monte. Nota: Il metodo di montaggio può variare a seconda del tipo di SEM stub utilizzato, generalmente è una a clip o attraverso adesivo (ad esempio, un nastro di carbonio, vernice argento.). Il metodo di posizionamento deve garantire che il campione non si muoverà e che è elettricamente collegato a terra per evitare cariche campione. </li></ol> 2. Caricare campione <ol><li> Vent il SEM facendo clic sul pulsante &#39;Vent&#39; nelinterfaccia software e inserire il campione dopo aver raggiunto la pressione atmosferica. </li><li> Prima di chiudere la porta SEM, assicurare che il campione sia ad una altezza adeguata, in modo da non colpire il rivelatore BSE all&#39;atto dello spostamento nel SEM. </li><li> Pompare giù il SEM facendo clic sul pulsante &#39;pompa&#39; nell&#39;interfaccia software. Attendere sistema indica che la pressione è sufficientemente bassa per avviare le misurazioni. </li></ol> 3. Impostare adeguate condizioni di lavoro <ol><li> Accendere il fascio di elettroni tramite il pulsante di controllo nell&#39;area di controllo &#39;Fascio&#39; e impostare la tensione di accelerazione mediante il menu a discesa &#39;Beam&#39; nell&#39;interfaccia software. Per il lavoro qui presentato, è stato utilizzato 25 kV. </li><li> Impostare la corrente del fascio su un valore appropriato tramite il menu a discesa &#39;Beam&#39;. Questo è determinato nel sistema utilizzato qui attraverso la dimensione dello spot, che è stato fissato al 5 (circa 2,4 nA). Nota: la corrente abbagliante è tipicamente necessaria because il segnale ECCI è generalmente debole e la corrente più grande consente un&#39;immagine più distinguibile. </li><li> Utilizzando il rivelatore di elettroni secondari, regolare la messa a fuoco dell&#39;immagine e stigmation tramite l&#39;interfaccia software. Nota: Questa operazione viene eseguita qui facendo clic destro e trascinando il mouse sull&#39;interfaccia del software; verticale per messa a fuoco, orizzontale per stigmation. Inoltre, di solito è utile per trovare una piccola particella o feature di superficie sul campione di fornire un chiaro oggetto di messa a fuoco / stigmation. </li><li> Portare il campione nella distanza di lavoro verticale incrementale cambiando la posizione Z della fase e regolazione della messa a fuoco e stigmation come necessario. La posizione Z viene modificato tramite il menu a discesa &#39;Z&#39; nella zona di controllo della &#39;Stage&#39; dell&#39;interfaccia software. Per il lavoro qui descritto, una distanza di lavoro di 5 mm al posto uguale in altezza eucentrica e previsto un forte segnale ECCI. </li></ol> 4. I dettagli di Campione ECP &lt;ol&gt; <li> Passare in modalità di BSE attraverso il menu a discesa &#39;Detectors nell&#39;interfaccia software. </li><li> Diminuire ingrandimento per il suo valore più basso (27x), che avviene qui tramite la tastiera del computer meno (-) Tasto, per visualizzare il ECP. </li><li> Regolare la velocità di scansione, fatto qui tramite il menu a discesa &#39;Scan&#39;, per fornire un&#39;immagine con sufficiente (ad es., Scansione lenta piuttosto che modalità TV) segnale-rumore. Nota: L&#39;Averaging o integrare l&#39;immagine potrebbe essere necessario per ottenere una più chiara, un&#39;immagine più distinguibile. </li><li> Regolare il contrasto e la luminosità, compiuto qui tramite il &#39;contrasto&#39; e cursori &#39;luminosità&#39;, per contribuire a migliorare la visibilità del ECP, facendo attenzione a non oversaturate. </li><li> Regolare la rotazione del campione e inclinare, utilizzando la &#39;R&#39; e le voci di &#39;T&#39; nella zona di controllo &#39;Stage&#39; nell&#39;interfaccia software, per contribuire a rendere le caratteristiche del modello di canalizzazione più evidente. Campione rotation comporta una rotazione della ECP (come mostrato in figura 2) e ribaltamento si tradurrà in una traduzione della ECP (come mostrato in Figura 3). </li></ol> 5. Immagine Difetti / Caratteristiche <ol><li> Regolare l&#39;inclinazione e la rotazione del campione, come descritto al punto 4.5, per impostare la condizione di diffrazione desiderato. Realizzare questo traducendo e / o la rotazione della ECP per allineare il Kikuchi limite di banda di destinazione (ad esempio, punto di svolta tra la band Kikuchi luminoso e la sua associata linea di Kikuchi scuro) con l&#39;asse ottico SEM. Mentre massima canalizzazione effettivamente avviene alla linea di Kikuchi, allineando nel metodo qui descritto fornisce contrasto visualizzazione per i difetti con entrambi i livelli di contrasto chiari e scuri (vedi figure 4 e 5). </li><li> Una volta che la condizione di diffrazione desiderato è raggiunto, aumentare l&#39;ingrandimento, fatta qui tramite la tastiera tasto più (+). </li><li> Ridefinire immagine e regolare per stigmation, come descritto al punto 3.2. Nota: Qui, il focus e stigmation è meglio regolata rispetto al difetto / caratteristica specifica di essere ripreso. </li><li> Poiché piccole deviazioni dal bordo della banda possono fare grandi differenze nella comparsa del difetto di destinazione o funzione, ottimizzare la condizione di diffrazione facendo piccolo (non più di adattamenti del tilt campione ortogonalmente alla banda / linea Kikuchi di interesse, mentre guardando una funzionalità specifica per il massimo contrasto. Si noti che lo spostamento verso l&#39;interno della banda Kikuchi tipicamente ridurre il relativo contrasto delle caratteristiche &quot;luminosi&quot;, mentre lo spostamento verso l&#39;esterno della banda (verso la linea Kikuchi) tipicamente ridurre il contrasto relativo di caratteristiche &quot;dark&quot;. </li><li> Una volta ottenuto il contrasto desiderato, diminuire l&#39;ingrandimento per verificare che la stessa banda è ancora o molto vicino all&#39;asse ottico; troppa inclinazione può cambiare la condizione di diffrazione del tutto. </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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Growth. 113 (3-4), 430-440 (1991).</li><li>Yamane, T., Kawai, Y., Furukawa, H., Okada, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+low+defect+density+GaP+layers+on+Si+substrates+within+the+critical+thickness+by+optimized+shutter+sequence+and+post-growth+annealing.">Growth of low defect density GaP layers on Si substrates within the critical thickness by optimized shutter sequence and post-growth annealing.</a> J. Cryst. Growth. 312 (15), 2179-2184 (2010).</li><li>Jimbo Soga, T., Umeno, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dislocation+Generation+Mechanisms+For+GaP+On+Si+Grown+By+Metalorganic+Chemical-Vapor-Deposition.">Dislocation Generation Mechanisms For GaP On Si Grown By Metalorganic Chemical-Vapor-Deposition.</a> Appl. Phys. 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.

Una tensione di accelerazione di 25 kV è stata utilizzata per questo studio. La tensione di accelerazione determina la profondità di penetrazione del fascio di elettroni; con una maggiore tensione di accelerazione, ci sarà segnale BSE proveniente da profondità maggiori nel campione. L&#39;alta tensione di accelerazione è stato scelto per questo sistema perché permette la visibilità di dislocazioni che sono lontane dalla superficie del campione, sepolte all&#39;interfaccia. Altri tipi di difetti / caratteristiche ...

Caratterizzazione dettagliata dei difetti cristalline e microstruttura è un aspetto di vitale importanza dei materiali semiconduttori e di ricerca del dispositivo dato che tali difetti può avere un impatto significativo e negativo sulle prestazioni del dispositivo. Attualmente, la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) è la tecnica più ampiamente accettato e utilizzato per la caratterizzazione dettagliata dei difetti estesi - dislocazioni, difetti impilabili, gemelli, domini antifase, ecc - perché consente la ripresa diretta di una vasta gamma di difetti con ampio risoluzione spaziale. Purtroppo, TEM è un approccio fondamentalmente a basso rendimento a causa di tempi di preparazione del campione lunghi, che può portare a notevoli ritardi e le strozzature nei cicli di ricerca e sviluppo. Inoltre, l&#39;integrità del campione, ad esempio in termini di stato di deformazione come coltivata, può essere modificato durante la loro preparazione, lasciando la possibilità di risultati adulterati. Electron canalizzazione coImaging ntrast (ECCI) è complementare, ed in alcuni casi potenzialmente superiore, la tecnica a TEM quanto fornisce un&#39;alternativa, approccio high-throughput per l&#39;imaging gli stessi difetti estesi. Nel caso di materiali epitassiali, campioni devono poca o nessuna preparazione, rendendo ECCI molto più tempo efficiente. Inoltre vantaggioso è il fatto che ECCI richiede solo un campo emissione microscopio elettronico a scansione (SEM) dotato anulare pole-pezzo campione montato backscatter elettroni (BSE) rivelatore; geometria forescatter può anche essere utilizzato, ma richiede apparecchi leggermente più specializzato e non è discusso qui. Il segnale ECCI è composto da elettroni che sono stati anelasticamente sparsi fuori della a-going fascio canalizzata (elettroni fronte d&#39;onda), e attraverso molteplici ulteriori eventi di scattering anelastico, sono in grado di sfuggire il campione indietro attraverso la superficie. 1 Simile a bi- fascio TEM, è possibile effettuare ECCI a condizioni di diffrazione specifiche nel SEM da Orienting il campione in modo che il fascio di elettroni incidente soddisfa una condizione di Bragg cristallografica (cioè, canalizzazione), determinato con basso ingrandimento elettrone canalizzazione pattern (ECP); 1,2 vedi Figura 1 per un esempio. Semplicemente, ECP forniscono una rappresentazione orientamento spazio-fascio incidente diffrazione elettronica / canalizzazione. 3 linee scure derivanti dal segnale basso backscatter indicano orientamenti fascio-campione in cui sono soddisfatte le condizioni di Bragg (es., Linee Kikuchi), da cui si ricava una forte canalizzazione, mentre il regioni luminosi indicano alto backscatter, condizioni non diffrattivi. Al contrario di modelli Kikuchi prodotti via elettroni backscatter diffrazione (EBSD) o TEM, che si formano attraverso diffrazione degli elettroni in uscita, ECP sono il risultato di incidente diffrazione elettronica / canalizzazione. In pratica, le condizioni di diffrazione controllate per ECCI si ottengono regolando l&#39;orientamento del campione, via inclinazione e / o la rotazione in basso ingrandimento, in modo tale che la funzione ECP che rappresenta la condizione di Bragg ben definito di interesse - per esempio, un [220] banda Kikuchi / linea [400] o - è coincidente con l&#39;asse ottico del SEM . Transizione ad alto ingrandimento, allora, a causa della conseguente restrizione della gamma angolare del fascio di elettroni incidenti, seleziona in modo efficace per un segnale BSE corrispondente idealmente solo dispersione dalla condizione di diffrazione prescelto. In questo modo è possibile osservare difetti che forniscono contrasto di diffrazione, come dislocazioni. Proprio come in TEM, il contrasto di imaging presentato da tali difetti è determinata dai criteri invisibilità standard, g · (b x u) = 0 e g · b = 0, dove g rappresenta il vettore di diffrazione, b il vettore hamburger, e u la linea di direzione. 4 Questofenomeno si verifica perché gli elettroni solo diffratti dagli aerei falsata dal vizio conterrà informazioni su detto difetto. Fino ad oggi, è prevalentemente ECCI stato utilizzato per le caratteristiche dell&#39;immagine e difetti vicino o alla superficie del campione di tali materiali funzionali come GaSb, 5 SrTiO 3, 5 GaN, 6-9 e SiC. 10,11 Questa limitazione è il risultato della superficie natura -sensitive del segnale ECCI stessa, in cui la BSE che compongono il segnale proviene da un intervallo di profondità di circa 10 - La 100 nm. Il contributo più significativo a questo limite di risoluzione profondità è quello di ampliare e smorzamento in corso fronte d&#39;onda di elettroni (elettroni canalizzati), in funzione della profondità nel cristallo, a causa della perdita di elettroni ad eventi di scattering, che riduce la massimo segnale di BSE potenziale. 1, tuttavia, un certo grado di risoluzione di profondità è stato segnalato in precedenti lavori su Si 1-x Ge x / Si eIn x Ga 1-x As / eterostrutture GaAs, 12,13 così come più recentemente (e nel presente documento) dagli autori di eterostrutture GaP / Si, 14 dove ECCI è stato usato per lussazioni immagine disadattati sepolti all&#39;interfaccia eteroepitassiale reticolo-non corrispondenti a profondità fino a 100 nm (con profondità maggiori probabilità possibili). Per il lavoro qui descritto, ECCI viene usato per studiare GaP ottenuti per crescita epitassiale su Si (001), un complesso sistema di integrazione di materiali con l&#39;applicazione nei confronti di settori quali il fotovoltaico e optoelettronica. GaP / Si è di particolare interesse come potenziale percorso per l&#39;integrazione di metamorfica semiconduttori III-V (reticolo corrispondenti) su substrati di Si convenienti. Per molti anni gli sforzi in questa direzione sono stati afflitti dalla generazione incontrollata di un gran numero di difetti legati eterovalente nucleazione, compresi settori antifase, faglie accatastamento e microtwins. Tali difetti sono dannose per le prestazioni del dispositivo, espefotovoltaico special-, a causa del fatto che possono essere elettricamente attiva, in qualità di centri di vettore di ricombinazione, e possono anche ostacolare interfacciale dislocazione glide, portando a densità più elevate di dislocazione. 15 Tuttavia, i recenti sforzi da parte degli autori e altri hanno portato allo sviluppo di successo di processi epitassiali in grado di produrre film GaP-on-Si libera di questi difetti di nucleazione legati, 16-19 preparando così il terreno per continuare il progresso. Tuttavia, a causa della piccola, ma non trascurabile, mismatch reticolare tra Gap e Si (0,37% a temperatura ambiente), la generazione di dislocazioni misfit è inevitabile, e anzi necessario per produrre epistrati completamente rilassato. Gap, con la sua struttura blenda di zinco a base di FCC, tende a cedere 60 ° dislocazioni tipo (bordo misto e vite) sul sistema di scorrimento, che sono glissile e può alleviare grandi quantità di filtrare con lunghezze di scorrimento lunghe nette. Complessità supplementare è anche introdotto dalla mancata corrispondenzaGAP e Si coefficienti di dilatazione termica, che si traduce in un aumento lattice disallineamento con l&#39;aumentare della temperatura (es., ≥ 0,5% misfit a temperature di crescita tipici). 20 Poiché i segmenti dislocazione filettatura che compongono il resto del ciclo misfit dislocazione (insieme il misfit interfacciale e la superficie di cristallo) sono ben noti per i loro associati non radiative proprietà vettore di ricombinazione, e le prestazioni del dispositivo così degradato, 21 è importante per comprendere appieno la natura e l&#39;evoluzione tale che il loro numero può essere minimizzato. Caratterizzazione dettagliata delle dislocazioni disadattati interfacciali può quindi fornire una notevole quantità di informazioni sulla dinamica dislocazione del sistema. Qui, descriviamo il protocollo per l&#39;utilizzo di un SEM per eseguire ECCI e fornire esempi di sue capacità e punti di forza. Un importante distinzione è l&#39;uso di ECCI effettuare caratterizzazione microstrutturalezione del genere in genere eseguita tramite TEM, mentre ECCI fornisce i dati equivalenti, ma in un arco di tempo molto più breve a causa delle riduzione significativa necessità di preparazione dei campioni; nel caso di campioni epitassiali con superfici relativamente lisce, vi è effettivamente nessuna preparazione campione richiesta affatto. L&#39;uso di ECCI per definizione generale di difetti e dislocazioni misfit è descritto, con alcuni esempi di difetti cristallini osservati forniti. L&#39;impatto di criteri invisibilità sul contrasto di imaging osservata di una matrice di dislocazioni misfit interfacciali viene poi descritto. Questa è seguita da una dimostrazione di come ECCI può essere utilizzato per eseguire modi importanti di caratterizzazione - in questo caso uno studio per determinare lo spessore critico GAP-on-Si per lussazione nucleazione - fornire dati TEM-like, ma dalla convenienza di un SEM e in tempi notevolmente ridotti.

<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.

The Gap / campioni Si per questo studio sono state coltivate da deposizione di vapore chimico metallo-organici (MOCVD) in un Aixtron 3 × 2 reattore doccia monoblocco seguente processo eteroepitassiale &#39;precedentemente segnalato dagli autori. 17 Tutti crescite sono state effettuate su 4 pollici Si ( 001) substrati con misorientation intenzionale (sfridi) del 6 ° verso [110]. Tutte immagini ECCI è stata effettuata su campioni coltivati ​​senza ulteriore preparazione dei campioni di sorta (a parte l&#...

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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 Channeling Contrast Imaging per Rapid III-V eteroepitassiale Caratterizzazione

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

electron-channeling-contrast-imaging-for-rapid-iii-v-heteroepitaxial

Research

JoVE Journal

Engineering

10.9K Views.  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.

Separazione spaziale di conformatori molecolari e cluster

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

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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.

Silicio metallico-ossido-semiconduttore Quantum Dots per singolo elettrone di pompaggio

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.

Fabbricazione di Grigliati un forte contrasto per la suddivisione Spectrum Dispersive elemento in un sistema fotovoltaico a concentrazione

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.

L&#39;uso di un multi-comparto dinamico singolo enzima Phantom per gli Studi di hyperpolarized Risonanza Magnetica Agents

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.

Caratterizzazione completa dei difetti estesi in materiali semiconduttori da un microscopio elettronico a scansione

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.

Caratterizzazione di anisotropi Leaky modalità modulatori per Holovideo

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.

Elettrochimica Acquaforte e caratterizzazione di punte acuminate campo di emissione per impatto elettronico di ionizzazione

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.

Cifra nanometri Litografia di fascio di elettroni con un microscopio elettronico di aberrazione-corretta scansione trasmissione

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 metodo rapido per la modellazione di un motore a ciclo variabileA 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 ...

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.

Sviluppo del metodo per studi spettroscopici distesina di cavità senza contatto della carta cellulosica

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