Research is carried out at the Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory, which is supported by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, under Contract No. DE-SC0012704.

Attenzione: Si prega di consultare tutte le schede di sicurezza pertinenti (MSDS) prima dell&#39;uso. I nanomateriali possono avere rischi aggiuntivi rispetto alla loro controparte massa. Si prega di utilizzare tutte le pratiche di sicurezza appropriate quando si maneggiano i substrati nanomateriali coperte, compreso l&#39;uso di controlli tecnici (cappa) e dispositivi di protezione individuale (occhiali, guanti, camice, pantaloni a figura intera, chiuso-toe scarpe). 1. Lavori preparatori <ol><li> Preparazione del sistema di deposizione di vapore <ol><li> Sfiatare la camera di deposizione a pressione atmosferica e aprire la camera. La ventilazione avviene premendo il pulsante &quot;Start PC Ventilazione&quot; sull&#39;interfaccia software di controllo, che si avvia automaticamente una sequenza che la camera di sfogo di pressione atmosferica. Raggiunta la pressione atmosferica aprire la camera tirando la porta che accede anteriore. </li><li> Montare una barca evaporazione del tungsteno (allumina rivestito) tra una coppia di elettrodi evaporazione termica. Posizionare 1pellet g bismuto nella barca di evaporazione. </li><li> Montare un obiettivo di vanadio sputtering alla sorgente magnetron sputtering. Vedere il passo 1.1.4) per sistema di deposizione che non è dotato di una sorgente di sputtering. </li><li> (Opzionale, per sistema di deposizione che non è dotato di una sorgente di sputtering) Montare una barca evaporazione del tungsteno fra una coppia di elettrodi evaporazione termica. Mettere 0,5 g lumache vanadio nella barca evaporazione. </li><li> Collegare i connettori mini-banane (due per il riscaldamento / raffreddamento di alimentazione e due per sonda di temperatura) del controller di temperatura a circuito chiuso per il passante elettrico del sistema di deposizione. </li></ol></li><li> Preparazione di substrati di crescita Nota: La formazione di nanofili bismuto è insensibile al substrato di crescita di scelta. Risultati simili sono stati ottenuti dal vetrino, wafer di silicio, o lamiera. È raccomandato da che il substrato deve essere pulito immediatamente prima il vapore gli autoriprocesso di deposizione, al fine di ottenere un&#39;adesione coerente del sottostrato vanadio. Varie tecniche di pulizia substrato, compresa la pulizia al plasma e pulizia chimica umida, possono essere applicati e portano a risultati analoghi. <ol><li> Pulizia dei substrati di crescita di plasma di ossigeno <ol><li> Posizionare i substrati di crescita in un pulitore di plasma e pompare la camera, premendo il tasto &quot;VAC ON&quot;, per la sua pressione di base di 10 mTorr. </li><li> Aprire la valvola del gas di ossigeno e di introdurre il gas ossigeno nella camera premendo il tasto &quot;GAS&quot; sul pannello frontale e regolare la portata premendo i pulsanti &quot;DECR&quot; per il controllo della portata di gas &quot;INCR&quot; e per mantenere una pressione della camera di circa 100 mTorr. </li><li> Impostare la potenza del plasma a 20 W premendo i pulsanti &quot;DECR&quot; &quot;INCR&quot; e per il controllo del potere e accendere il plasma premendo il tasto &quot;RF ON&quot;. </li><li> Attendere 5 minuti prima di spegnere il plasma premendo il tasto &quot;; RF ON &quot;. Pulsante Vent camera premendo il pulsante&quot; BLEED &quot;e recuperare i substrati. </li></ol></li><li> Pulizia dei substrati di crescita con il metodo chimico bagnato <ol><li> Immergere i substrati di crescita in acetone contenute in un becher. Porre il bicchiere in un ultrasonicatore e sonicare per 2 minuti alla massima potenza. </li><li> Rimuovere i substrati dal bicchiere e sciacquare con un flusso di alcol assoluto da un flacone di lavaggio per 30 sec. </li><li> Essiccare i substrati in un flusso di azoto gassoso. </li></ol></li></ol></li><li> Substrato carico e sistema di deposizione di pompaggio <ol><li> Montare il gruppo di controllo temperatura del substrato al titolare substrato. </li><li> Utilizzare fermagli per montare i substrati di crescita sopra il gruppo refrigerante / riscaldamento Peltier. </li><li> Montare il supporto substrato completamente assemblato nella camera di deposizione di vapore, con i substrati di fronte alle sorgenti di deposizione. Collegare i passanti elettrici allaPeltier raffreddamento / gruppo riscaldante. </li><li> Chiudere l&#39;otturatore substrato per evitare la deposizione involontaria al substrato. </li><li> Iniziare a pompare lungo la camera di deposizione. Il pompaggio avviene premendo il pulsante &quot;Start PC pompaggio&quot; sull&#39;interfaccia software di controllo, che si avvia automaticamente una sequenza che pompa la camera per la sua pressione di base. </li></ol></li></ol> 2. Crescita di bismuto Nanofili Nota: L&#39;esperimento non si muove al passo successivo fino alla pressione di base della camera di deposizione ha raggiunto 2 × 10 -6 Torr o inferiore. <ol><li> La deposizione di sottostrato vanadio Nota: La migliore riproducibilità sperimentale si ottiene quando il sottostrato vanadio viene depositato dal metodo magnetron sputtering. In assenza di una fonte di sputtering, alta riproducibilità può essere ancora ottenuto depositando sottostrato vanadio con metodo di evaporazione termica, a condizione che il sistema di deposizione hasa bassa pressione di base (≤ 5 × 10 -7 Torr). Fare riferimento al punto 3.1.2 per i dettagli. <ol><li> Vanadium deposizione con una sorgente magnetron sputtering. <ol><li> Inizia flusso argon nell&#39;origine sputtering. Impostare la velocità di flusso di 40 sccm. </li><li> Regolare la velocità di rivoluzione della pompa turbomolecolare per una pressione della camera di 2,5 mTorr. </li><li> Mentre la camera sta raggiungendo gradualmente la sua pressione stato stazionario, impostare i fattori di calibrazione spessore al QCM. Per vanadio, la densità è 5.96 g / cm 3 e Z-fattore è 0.530. </li><li> Accendere la sorgente sputtering DC e impostare la potenza 200-250 W. Per il sistema di deposizione operata dagli autori, la velocità di deposizione è di circa 0,4 A / sec a questa potenza. Senza aprire l&#39;otturatore substrato, mantenere la sorgente corsa per 2 min. NOTA: Tramite questo passo l&#39;ossido nativo sulla fonte di vanadio è rimosso, esponendo la superficie di vanadio fresco. </li><li> Aprire l&#39;otturatore substrato per iniziare Depositio vanadion. Nel frattempo, ripristinare lo spessore accumulato della QCM a zero. </li><li> Continuare deposizione fino uno spessore apparente di 20 nm è accumulato, per lettura QCM. Chiudere l&#39;otturatore substrato. </li><li> Gradualmente diminuire la potenza polverizzazione a zero. Spegnere la sorgente. </li><li> Chiudere il flusso di argon. Riportare la pompa turbomolecolare per tutta la sua potenza. </li></ol></li><li> (Opzionale, per sistema di deposizione che non è dotato di una sorgente di sputtering) Vanadio deposizione con una sorgente di evaporazione termica. <ol><li> Dato l&#39;elevato punto di fusione di vanadio (1.910 ° C) e la sua disponibilità all&#39;ossidazione, si raccomanda che la sua evaporazione termica per essere condotta ad una pressione di base di 5 × 10 -7 Torr o inferiore. </li><li> Impostare i fattori di calibrazione spessore al QCM. Per vanadio, la densità è 5.96 g / cm 3 e Z-fattore è 0.530. </li><li> Accendere evaporazione termica alimentazione alla fonte di vanadio.Lentamente aumentare la potenza di riscaldamento alla barca tungsteno fino a quando i proiettili vanadio fondono. </li><li> Con l&#39;otturatore substrato mantenuta chiusa, lentamente aumentare la potenza di riscaldamento fino a una velocità di deposizione di 2 Å / s si ottiene, per la lettura QCM. Aprire l&#39;otturatore substrato per iniziare la deposizione di vanadio. Nel frattempo, ripristinare lo spessore accumulato della QCM a zero. </li><li> Continuare fino a quando un deposito di spessore apparente di 50 nm è accumulato. Chiudere l&#39;otturatore substrato. </li><li> Gradualmente diminuire la potenza evaporazione termica a zero. Spegnere la sorgente. </li></ol></li></ol></li><li> La deposizione di nanofili bismuto <ol><li> Per la deposizione di bismuto a temperatura superiore o inferiore RT, impostare il valore desiderato per il regolatore di temperatura. Attendere fino al raggiungimento della temperatura desiderata. </li><li> Impostare i fattori di calibrazione spessore al QCM. Per bismuto, la densità è 9.78 g / cm 3 e Z-fattore è 0,790. </li><li> Accendere il evaporazione termica supplicare alla sorgente di bismuto. Lentamente aumentare la potenza di riscaldamento alla barca tungsteno fino a quando la velocità di deposizione di 2 Å / s si ottiene, per la lettura QCM. </li><li> Aprire l&#39;otturatore substrato per iniziare la deposizione di bismuto. Nel frattempo, ripristinare lo spessore accumulato della QCM a zero. </li><li> Continuare fino a quando un deposito di spessore apparente di 50 nm è accumulato. Chiudere l&#39;otturatore substrato. </li><li> Gradualmente diminuire la potenza evaporazione termica a zero. Spegnere la sorgente. </li><li> Spegnere alimentazione del dispositivo di raffreddamento / riscaldamento elettrico termico. </li><li> Sfiatare la camera di deposizione a pressione atmosferica e aprire la camera. Recuperare il supporto substrato e raccogliere i nanofili bismuto substrati coperti. </li></ol></li></ol>

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E., 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=Confinement+effects+and+surface-induced+charge+carriers+in+Bi+quantum+wires.">Confinement effects and surface-induced charge carriers in Bi quantum wires.</a> Appl Phys Lett. 84, 1326-1328 (2004).</li><li>Huber, T. E., 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=Surface+state+band+mobility+and+thermopower+in+semiconducting+bismuth+nanowires.">Surface state band mobility and thermopower in semiconducting bismuth nanowires.</a> Phys. Rev. B. 83, 235414-23 (2011).</li><li>Dresselhaus, M. 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=.">.</a> 23, 129-140 (2003).</li><li>Cheng, Y. -. T., Weiner, A. M., Wong, C. A., Balogh, M. 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Nanotech. 12, 8624-8629 (2012).</li><li>Shim, W., 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=On-film+formation+of+Bi+nanowires+with+extraordinary+electron+mobility.">On-film formation of Bi nanowires with extraordinary electron mobility.</a> Nano Lett. 9, 18-22 (2009).</li><li>Berglund, S. P., Rettie, A. J. E., Hoang, S., Mullins, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incorporation+of+Mo+and+W+into+nanostructured+BiVO4+films+for+efficient+photoelectrochemical+water+oxidation.">Incorporation of Mo and W into nanostructured BiVO4 films for efficient photoelectrochemical water oxidation.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 7065-7075 (2012).</li><li>Liu, 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=Surface-Energy+Induced+Formation+of+Single+Crystalline+Bismuth+Nanowires+over+Vanadium+Thin+Film+at+Room+Temperature.">Surface-Energy Induced Formation of Single Crystalline Bismuth Nanowires over Vanadium Thin Film at Room Temperature.</a> Nano Lett. 14, 5630-5635 (2014).</li></ol>

Authors have nothing to disclose.

La crescita di nanofili bismuto deve essere condotta in un sistema di deposizione da vapore fisico con almeno due fonti di deposizione, uno per bismuto e un&#39;altra per vanadio. Si raccomanda che una delle fonti è una sorgente magnetron sputtering, per la deposizione di vanadio. Alto vuoto si ottiene un pompe turbomolecolari sostenuta da una pompa di scorrimento a secco. Il sistema di deposizione di vapore è dotato di una microbilancia al quarzo calibrata (QCM) per il monitoraggio in situ spessore. Il siste...

Nanowires limitano il trasporto di portatori di carica e altri quasiparticelle, come fotoni e plasmoni in una dimensione. Di conseguenza, nanofili di solito presentano nuove proprietà elettriche, magnetiche, ottiche e chimiche, che accordano loro potenziale pressoché infinita per applicazioni in micro / nano elettronica, fotonica, tecnologie biomedicali, ambientali ed energetiche. 1,2 Nel corso degli ultimi due decenni, numerosi top-down e bottom-up sono stati sviluppati per la sintesi di una vasta gamma di metalli o semiconduttori nanofili di alta qualità a livello di laboratorio. 3-6 Nonostante questi sviluppi, ogni approccio si basa su alcune proprietà uniche del prodotto finale per il suo successo. Per esempio, il metodo popolare vapore-liquido-solido (VLS) è migliore misura per i materiali semiconduttori che hanno punti di fusione più alti e formano lega eutettica con corrispondenti &quot;semi&quot; catalitici. 7 Di conseguenza, la sintesi di un nanofilomateriale di particolare interesse non può essere coperta da tecniche esistenti. Come un semimetallo con piccola sovrapposizione indiretta banda (-38 meV a 0 K) e portatori di carica insolitamente leggeri, bismuto è un esempio. Il materiale si comporta radicalmente diverso in dimensioni ridotte rispetto al loro volume, il confinamento quantistico potrebbe girare nanofili bismuto o film sottili in una stretta banda proibita semiconduttori. 8-12 Nel frattempo, la superficie di un metallo bismuto forme quasi-bidimensionale che è significativamente più metallico di suo ingombro. 13,14 È stato mostrato che la superficie di bismuto raggiunge una mobilità elettronica di 2 × 10 4 cm -1 2 V sec -1 e contribuisce fortemente alla sua termoelettrica in forma nanofili. 15 Come tale, ci sono interessi significativi di studio nanofili bismuto per elettronica e in particolare le applicazioni termoelettriche. 12-16 Tuttavia, a causa di bismuto molto bassopunto di fusione (544 K) e la disponibilità per l&#39;ossidazione, essa rimane una sfida di sintesi di alta qualità e singole nanofili bismuto cristallino con tecniche tradizionali di fase in fase di vapore o la soluzione. In precedenza, è stato riportato da alcuni gruppi che monocristallino nanofili bismuto crescono a bassa resa durante vuoto deposizione di film sottili di bismuto, che è attribuito al rilascio di stress incorporato nel film. 17-20 Recentemente, abbiamo scoperto un romanzo tecnica che si basa sulla evaporazione termica di bismuto sotto alto vuoto e porta alla formazione scalabile singoli nanofili bismuto cristallino ad alta resa. 21 Confrontando precedentemente riferito metodi, la caratteristica più unica di questa tecnica è che il substrato di crescita è appena rivestito con un sottile strato di nanoporoso vanadio prima bismuto deposizione. Durante evaporazione termica di quest&#39;ultimo, vapore bismuto infiltra nella struttura nanoporoso del furgonepellicola Adium e condensa lì come nanodomini. Dal momento che il vanadio risulti umido per bismuto condensata, i domini infiltrate vengono successivamente espulsi dalla matrice di vanadio a rilasciare la loro energia di superficie. È l&#39;espulsione continua delle nanodomini bismuto che formano nanofili bismuto verticali. Poiché i domini bismuto sono solo 1-2 nm di diametro, sono soggetti alla soppressione significativa punto di fusione, che li rende quasi fuso a RT. Come risultato, la crescita nanofili procede con il substrato presso RT. D&#39;altra parte, come la migrazione dei domini bismuto viene attivato termicamente, la lunghezza e la larghezza dei nanofili possono essere sintonizzati in un ampio intervallo, semplicemente controllando la temperatura del substrato di crescita. Questo protocollo dettagliato video è destinato per aiutare i nuovi operatori del settore evitare vari problemi comuni associati con deposizione di vapore fisico di film sottili sotto vuoto spinto, ambiente privo di ossigeno.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bismuth&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>556130</td>
			<td>Granular, 99.999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Slug</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>42829</td>
			<td>3.175mm (0.125in) dia x 6.35mm (0.25in) length, 99.8%&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Sputtering Target</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>EJTVXXX253A2</td>
			<td>3.00&#34; Dia. x 0.125&#34; Thick, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>179124</td>
			<td>&#62;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>33361</td>
			<td>Anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon Wafer</td>
			<td>University Wafers</td>
			<td></td>
			<td>300 microns in thickness, (100) orientation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver Filled Epoxy</td>
			<td>Circuit Works</td>
			<td>CW2400</td>
			<td>Two part conductive epoxy resin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Boat, Alumina Coated</td>
			<td>R. D. Mathis</td>
			<td>S9B-AO-W</td>
			<td>For bismuth thermal evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Boat</td>
			<td>R. D. Mathis</td>
			<td>S4-.015W</td>
			<td>For vanadium thermal evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RIE Plasma</td>
			<td>Nordson March</td>
			<td>CS-1701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVD 75 Vapor Deposition Platform</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>PEDP75FTCLT001</td>
			<td>Equipped with three thermal evaporation source and one DC magnetron sputtering source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric Temperature Controller</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>MTTC-1410</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PT1000 RGD</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>340912-01</td>
			<td>Temperature sensor for MTTC-1410</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric Module</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>56910-502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonicator</td>
			<td>Crest Ultrasonics</td>
			<td>Tru-Sweep 175</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

seedless growth of bismuth nanowire array via vacuum thermal evaporation

Ecco una tecnica senza semi e senza modello è dimostrato scalably crescere nanofili di bismuto, per evaporazione termica in alto vuoto a temperatura ambiente. Convenzionalmente riservato per la fabbricazione di film sottili metallici, depositi evaporazione termica bismuto in un array di nanofili verticali monocristallino su una sottile pellicola piatta di vanadio tenuto a RT, che è appena depositato mediante sputtering o evaporazione magnetron termico. Controllando la temperatura del substrato di crescita la lunghezza e la larghezza dei nanofili possono essere sintonizzati in un ampio intervallo. Responsabile di questo romanzo è una tecnica finora sconosciuta meccanismo di crescita nanowire che radici nella la porosità mite del film sottile di vanadio. Infiltrata nei pori vanadio, i domini bismuto (~ 1 nm) trasportano eccessiva energia superficiale che sopprime il loro punto di fusione e li espelle continuamente dalla matrice di vanadio per formare nanofili. Questa scoperta dimostra la fattibilità del vapore scalabile fase di synthESIS di elevata purezza nanomateriali senza l&#39;uso di catalizzatori.

Le immagini a sezione trasversale SEM di sottostrati vanadio formate da magnetron sputtering e metodi evaporazione termica sono presentati nella Figura 2. Microscopia elettronica a scansione (SEM) immagini sono rappresentati per nanofili bismuto formate a diverse temperature del substrato (Figura 3). La struttura cristallina dei nanofili bismuto viene determinata tramite microscopia elettronica a trasmissione (TEM), selettivo zona diffrazione di elettroni (SAED), e diff...

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Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented.

Crescita senza semi di bismuto Nanowire Array via Vacuum evaporazione termica

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

seedless-growth-bismuth-nanowire-array-via-vacuum-thermal

Research

JoVE Journal

Engineering

8.3K Views.  Brookhaven National Laboratory. A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented. 

Video: Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy and dynamics1-4. Fundamental studies of photoionization processes of biomolecules provide information about the electronic structure of these systems. Furthermore determinations of ionization energies and other properties of biomolecules in the gas phase are not trivial, and these experiments provide a platform to generate these data. We have developed a thermal vaporization technique coupled with supersonic molecular beams that provides a gentle way to transport these species into the gas phase. Judicious combination of source gas and temperature allows for formation of dimers and higher clusters of the DNA bases. The focus of this particular work is on the effects of non-covalent interactions, i.e., hydrogen bonding, stacking, and electrostatic interactions, on the ionization energies and proton transfer of individual biomolecules, their complexes and upon micro-hydration by water1, 5-9.
We have performed experimental and theoretical characterization of the photoionization dynamics of gas-phase uracil and 1,3-dimethyluracil dimers using molecular beams coupled with synchrotron radiation at the Chemical Dynamics Beamline10 located at the Advanced Light Source and the experimental details are visualized here. This allowed us to observe the proton transfer in 1,3-dimethyluracil dimers, a system with pi stacking geometry and with no hydrogen bonds1. Molecular beams provide a very convenient and efficient way to isolate the sample of interest from environmental perturbations which in return allows accurate comparison with electronic structure calculations11, 12. By tuning the photon energy from the synchrotron, a photoionization efficiency (PIE) curve can be plotted which informs us about the cationic electronic states. These values can then be compared to theoretical models and calculations and in turn, explain in detail the electronic structure and dynamics of the investigated species 1, 3.

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

A molecular beam coupled to tunable vacuum ultraviolet photoionization mass spectrometer at a synchrotron provides a convenient tool to explore the electronic structure of isolated gas phase molecules and clusters. Proton transfer mechanisms in DNA base dimers were elucidated with this technique.

Spettrometria di massa molecolare Larghezza Con Tunable Ultraviolet vuoto (VUV) Luce di Sincrotrone

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

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Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Analisi di contatto Interfacce semplici dispositivi GaN nanowire

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

Caratterizzazione dei Trasporti termali in materiali solidi monodimensionali

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

La preparazione di Electrohydrodynamic Ponti da Polar dielettrici liquidi

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Rendere record efficienza SnS celle solari per evaporazione termica e Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

Tecniche di misurazione termali in Analytical dispositivi microfluidici

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their behavior for single stages of a process or even an entire process. For the simulation with occurring particle-particle and particle-wall contacts, the value of the coefficient of restitution is required. It can be determined experimentally. The coefficient of restitution depends on several parameters like the impact velocity. Especially for fine particles the impact velocity depends on the air pressure and under atmospheric pressure high impact velocities cannot be reached. For this, a new experimental setup for free-fall tests under vacuum conditions is developed. The coefficient of restitution is determined with the impact and rebound velocity which are detected by a high-speed camera. To not hinder the view, the vacuum chamber is made of glass. Also a new release mechanism to drop one single particle under vacuum conditions is constructed. Due to that, all properties of the particle can be characterized beforehand.

The coefficient of restitution is a parameter that describes the loss of kinetic energy during collision. Here, a free-fall setup under vacuum conditions is developed to be able to determine the coefficient of restitution parameter for particles in micrometer range with high impact velocities.

Sviluppo di un apparato sperimentale per la misura del coefficiente di restituzione sotto vuoto Condizioni

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to 1.0 Pa. In this application, the SRGs are frequently transported to laboratories for calibration. Events can occur during transportation that change the rotor surface conditions, thus changing the calibration factor. To assure calibration stability, a spring-transport mechanism is often used to immobilize the rotor and keep it under vacuum during transport. It is also important to transport the spring-transport mechanism using packaging designed to minimize the risk of damage during shipping. In this manuscript, a detailed description is given on how to build a robust spring-transport mechanism and shipping container. Together these form a spring-transport package. The spring-transport package design was tested using drop-tests and the performance was found to be excellent. The present spring-transport mechanism design keeps the rotor immobilized when experiencing shocks of several hundred g (g = 9.8 m/sec2 and is the acceleration due to gravity), while the shipping container assures that the mechanism will not experience shocks greater than about 100 g during common shipping mishaps (as defined by industry standards).

Here we describe how to build a robust spring-transport mechanism for a spinning rotor gauge. This device securely immobilizes the rotor and keeps it under vacuum during transportation. We also describe packaging that minimizes the risk of damage during transport. Tests show our design works for typical shocks during transport.

Come costruire un vuoto primavera-trasporto Pacchetto per la filatura rotore Indicatori

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was employed here for demonstration purposes. Multiple evaporation tests on the model compound as a humectant with various concentrations in solutions were conducted for comparison purposes. A conventional weight loss approach is known as the most straightforward, but time-consuming, measurement technique for evaporation rate detection. Yet, a clear disadvantage is that a large volume of sample is required and multiple sample tests cannot be conducted at the same time. For the first time in literature, an electrical impedance sensing chip is successfully applied to a real-time evaporation investigation in a time sharing, continuous and automatic manner. Moreover, as little as 0.5 ml of test samples is required in this impedance-based apparatus, and a large impedance variation is demonstrated among various dilute solutions. The proposed high-sensitivity and fast-response impedance sensing system is found to outperform a conventional weight loss approach in terms of evaporation rate detection.

This paper presents an impedance-based apparatus for evaporation rate detection of solutions. It offers clear advantages over a conventional weight loss approach: a fast response, high-sensitivity detection, a small sample requirement, multiple sample measurements, and easy disassembly for cleaning and reuse purposes.

Una piattaforma basata su impedenza ad alte prestazioni per l&#39;evaporazione tasso di rilevamento

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Flusso-assistita dielettroforesi: Un metodo a basso costo per la realizzazione di dispositivi ad alte prestazioni soluzione-processable Nanowire

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...