Questa ricerca è stata sostenuta dalla ricerca di tecnologia Core avanzata di veicoli senza equipaggio e programma di sviluppo attraverso il senza equipaggio veicolo Advanced Research Center (UVARC) finanziato dal Ministero della scienza, ICT e della pianificazione del futuro, la Repubblica di Corea ( 2016M1B3A1A01937575)

Attenzione: alcune sostanze chimiche (cioè, tamponata ossido mordenzante, alcool isopropilico, ecc.) utilizzate nel presente protocollo possono essere pericolosi per la salute. Si prega di consultare tutte le schede di dati di sicurezza prima di qualsiasi preparazione del campione avviene. Utilizzare appropriati dispositivi di protezione individuale (ad es., camice, occhiali, guanti, ecc.) e ingegneria (ad es., stazione bagnato, fume hood, ecc.) i controlli durante la manipolazione mordenzanti e solventi.
 1. preparazione del substrato Si <ol><li>utilizzando una fresa di diamante, tagliata un wafer di silicio (Si) 4 pollici in 2 x 2 cm dimensioni piazze. Per fare i campioni colorati, il substrato è in genere tagliato 2 cm x 2 cm, ma può essere più grande, a seconda delle dimensioni del supporto del campione utilizzato per la deposizione di angolazione obliqua.</li>
	<li>Per rimuovere l'ossido nativo utilizzando Merlo acquaiolo di politetrafluoroetilene (PTFE), immergere i substrati Si fenduto in ossido tamponata mordenzante (BOE) per 3 s. attenzione: si prega di indossare adeguate protezioni di sicurezza.</li>
	<li>Pulire i substrati Si fenduto in sequenza in acetone, alcool isopropilico (IPA) e acqua deionizzata (DI) per 3 s.
	<ol><li>PTFE utilizzando pulizia jig, sottoporre ad ultrasuoni i substrati Si fenduto con acetone in bagno ad ultrasuoni per 3 min a una frequenza di 35 kHz.</li>
		<li>Per eliminare l'acetone, sciacquare i substrati Si fenduto con IPA.</li>
		<li>Come l'ultimo passo di pulizia, sciacquare i substrati Si fenduto con acqua DI.</li>
	</ol></li> <li>Per rimuovere l'umidità, asciugare il substrato pulito con una pistola ad aria compressa azoto, tenendola con forcipe.</li></ol> 2. Deposizione del riflettore Au <ol><li>utilizzando nastro forcipe e carbonio, difficoltà i substrati Si puliti su un piatto portacampioni e collocare il supporto nell'alloggiamento dell'evaporatore fascio elettronico con fonti Ti e Au.</li>
	<li>Evacuare la camera per 1 h raggiungere alto vuoto. La pressione di base della camera del vuoto dovrebbe essere 4 x 10 -6 Torr.</li>
	<li>Deposito lo strato Ti come uno strato di adesione ad uno spessore di 10 nm con 5-7% di elettrone fascio alimentazione controllata in modalità manuale a una tensione continua pari a 7,5 kV, che dà un tasso di deposizione di 1 Å / sec. 
	Nota: Uno strato di Cr dello stesso spessore, invece di uno strato di Ti, può essere depositato come lo strato di adesione.</li>
	<li>Deposito lo strato di Au come uno strato di riflessione ad uno spessore di 100 nm con 13-15% di elettrone fascio alimentazione controllata in modalità manuale a una tensione continua pari a 7,5 kV, che dà un tasso di deposizione di 2 Å / sec. 
	Nota: Lo spessore dello strato di riflessione Au può essere maggiore di 100 nm. Uno spessore di 100 nm è depositato qui per rendere il livello di riflessione più sottile possibile, mantenendo le proprietà ottiche dell'UA.</li>
	Deposizione di strati <li>dopo l'Au, sfogare la camera e prendere i campioni. Avranno bisogno di essere ricaricato con il portacampioni inclinato per la deposizione di angolazione obliqua.</li>
</ol> 3. Preparazione del supporto inclinato per la deposizione di angolo obliquo Nota: ci sono diversi metodi che possono essere utilizzati per la deposizione di obliquo, come l'asse z di rotazione mandrino 16, ma questo richiede film e modifica di attrezzature possono essere depositati solo ad un angolo alla volta. Per osservare in modo efficiente le modifiche a colori prodotto da angoli diversi deposizione, abbiamo usato portacampioni che inclinato i campioni con diverse angolazioni. Per la precisione, il portacampioni inclinato può avvenire utilizzando attrezzature di lavorazione dei metalli. Tuttavia, in questa carta, presentiamo un metodo semplice che può essere facilmente seguito.
<ol><li>Preparare una piastra di metallo fatta di un metallo facilmente bendable come alluminio.</li>
	<li>La piastra di metallo tagliato a pezzi di tre 2 x 5 cm.</li>
	<li>Fissare il pezzo di metallo al pavimento a fianco di un goniometro, tenere il lato corto e piegare il metallo fino all'angolo desiderato deposizione (vale a dire, 30 °, 45 ° e 70 °).</li>
	<li>Allegare i pezzi di metallo piegati a supporto del campione di 4 pollici utilizzando nastro carbonio.</li>
</ol> 4. Angolo obliquo deposizione di Ge strato Nota: In questa sezione, fare riferimento ai diagrammi schematici in Figura 1 di campioni depositati sul portacampioni inclinato e film porosi di Ge, seguendo obliquo angolo di deposizione.
<ol><li>Fissare i quattro campioni di Au depositati con nastri di carbonio ad un titolare di campione propenso ad angoli di 0°, 30°, 45° e 70°, rispettivamente.</li>
	<li>Caricare i campioni Au-depositati su supporto inclinato nell'evaporatore di fascio di elettroni con una fonte di Ge per la deposizione di angolo obliquo.</li>
	<li>Evacuare la camera per 1 h raggiungere alto vuoto. La pressione di base della camera del vuoto dovrebbe essere 4 x 10 -6 Torr.</li>
	<li>Depositare lo strato di Ge come uno strato di colorazione con 6-8% di alimentazione del fascio di elettroni controllata in modalità manuale a una tensione continua pari a 7,5 kV, che dà un tasso di deposizione di 1 Å/sec. Gli spessori di deposizione dello strato Ge su quattro campioni sono 10 nm, 15 nm, 20 nm e 25 nm, rispettivamente. 
	Nota: Il deposizione spessori di 10 nm, 15 nm, 20 nm e 25 nm sono stati selezionati per facilitare il confronto dei cambiamenti di colore per ogni angolo di deposizione. Una diversa angolazione e spessore (5-60 nm) può essere scelto per ottenere un colore particolare.</li>
	<li>Dopo il Ge strato deposizione, sfogare la camera e prendere i campioni.</li>
</ol> 5. Processo di deposizione di angolo obliquo per grandi aree Nota: se la dimensione del campione utilizzato per la deposizione di angolo obliquo è piccola, può essere fabbricato dal processo descritto nel passaggio 4. Tuttavia, se la dimensione del campione da fabbricati è grande, diventa difficile mantenere uniformità di film a causa della variabilità del flusso di evaporazione lungo l' asse z 16. Di conseguenza, un processo aggiuntivo separato, passaggio 5, è necessaria per fabbricare i più grandi campioni e ottenere un colore uniforme.
<ol><li>Per un 2 pollici wafer, dopo il deposito, lo strato di Au sul grande campione nel passaggio 2, Difficoltà campione grande Au-depositato il portacampioni inclinato di 45°. 
	Nota: Poiché il nostro supporto inclinato campione è progettato per adattarsi piccoli campioni, grandi campioni di caricamento a tutti gli angoli (vale a dire, 0 °, 30 °, 45 ° e 70 °) creerà interferenza tra i campioni. Pertanto, per obliquamente depositare campioni di grandi dimensioni a vari angoli in un unico processo, è necessario avere un portacampioni inclinato adatto a medie e grandi campioni.</li>
	<li>Caricare il campione grande Au-depositati su supporto inclinato nell'evaporatore di fascio di elettroni con una fonte di Ge per la deposizione di angolo obliquo. 
	Nota: Quando si carica il campione, il secondo strato di deposizione deve essere depositato nella stessa direzione come la prima deposizione, quindi osservare la direzione del campione caricato. Per comodità, è consigliabile che il portacampioni viene caricato rivolto verso la parte anteriore della camera.</li>
	<li>Evacuare la camera per 1 h a raggiungere l'alto vuoto. La pressione di base della camera del vuoto dovrebbe essere 4 x 10 -6 Torr.</li>
	<li>Depositare lo strato di Ge come uno strato di colorante ad uno spessore di deposizione di 10 nm, che è la metà dello spessore del bersaglio di 20 nm, con 6-8% di alimentazione del fascio di elettroni controllata in modalità manuale a una tensione continua pari a 7,5 kV, che dà un tasso di deposizione di 1 Å / sec.</li>
	<li>Dopo la deposizione del primo strato di Ge è finita, sfogare la camera ed estrarre il campione, poiché il campione deve essere riposizionato e ricaricato.</li>
	<li>Fissare il campione per il portacampioni inclinato in una posizione che è capovolta rispetto alla posizione della prima deposizione.</li>
	<li>Caricare il campione sul supporto inclinato con l'origine di Ge in modo che il titolare sia rivolta nella stessa direzione come la prima deposizione.</li>
	<li>Evacuare la camera per 1 h raggiungere alto vuoto. La pressione di base della camera del vuoto dovrebbe essere 4 x 10 -6 Torr.</li>
	<li>Depositare lo strato di Ge come uno strato di colorante ad uno spessore di deposizione di 10 nm, che è la metà dello spessore del bersaglio di 20 nm, con 6-8% di alimentazione del fascio di elettroni controllata in modalità manuale a una tensione continua pari a 7,5 kV, che dà un tasso di deposizione di 1 Å / sec.</li>
	<li>Dopo il Ge strato deposizione, sfogare la camera e prendere il campione.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Macleod, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin-film+optical+filters.">Thin-film optical filters.</a> Institute of Physics Publishing. 3, (2001).</li><li>Baumeister, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Optical Coating Technology. , (2004).</li><li>Kats, M. A., Blanchard, R., Genevet, P., Capasso, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanometre+optical+coatings+based+on+strong+interference+effects+in+highly+absorbing+media.">Nanometre optical coatings based on strong interference effects in highly absorbing media.</a> Nat. Mater. 12, 20-24 (2013).</li><li>Kats, M. 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=Ultra-thin+perfect+absorber+employing+a+tunable+phase+change+material.">Ultra-thin perfect absorber employing a tunable phase change material.</a> Appl. Phys. Lett. 101 (22), 221101 (2012).</li><li>Lee, K. T., Seo, S., Lee, J. Y., Guo, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+resonance+effect+in+a+lossy+medium-based+Optical+Cavity+for+angle+robust+spectrum+filters.">Strong resonance effect in a lossy medium-based Optical Cavity for angle robust spectrum filters.</a> Adv. Mater. 26 (36), 6324-6328 (2014).</li><li>Song, 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=Nanocavity+enhancement+for+ultra-thin+film+optical+absorber.">Nanocavity enhancement for ultra-thin film optical absorber.</a> Adv. Mater. 26 (17), 2737-2743 (2014).</li><li>Yoo, Y. J., Lim, J. H., Lee, G. J., Jang, K. I., Song, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-thin+films+with+highly+absorbent+porous+media+fine-tunable+for+coloration+and+enhanced+color+purity.">Ultra-thin films with highly absorbent porous media fine-tunable for coloration and enhanced color purity.</a> Nanoscale. 9 (9), 2986-2991 (2017).</li><li>Garahan, A., Pilon, L., Yin, J., Saxena, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+optical+properties+of+absorbing+nanoporous+and+nanocomposite+thin+films.">Effective optical properties of absorbing nanoporous and nanocomposite thin films.</a> J. Appl. Phys. 101 (1), 014320 (2007).</li><li>Moharam, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupled-wave+analysis+of+two-dimensional+dielectric+gratings.">Coupled-wave analysis of two-dimensional dielectric gratings.</a> Proc. SPIE. 883, 8-11 (1988).</li><li>Robbie, K., Sit, J. C., Brett, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+techniques+for+glancing+angle+deposition.">Advanced techniques for glancing angle deposition.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 16 (3), 1115-1122 (1998).</li><li>Hawkeye, M. M., Brett, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glancing+angle+deposition:+Fabrication,+properties,+and+applications+of+micro-+and+nanostructured+thin+films.">Glancing angle deposition: Fabrication, properties, and applications of micro- and nanostructured thin films.</a> J. Vac. Sci. Technol. A. 25 (5), 1317-1335 (2007).</li><li>Jang, S. J., Song, Y. M., Yu, J. S., Yeo, C. I., Lee, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antireflective+properties+of+porous+Si+nanocolumnar+structures+with+graded+refractive+index+layers.">Antireflective properties of porous Si nanocolumnar structures with graded refractive index layers.</a> Opt. Lett. 36 (2), 253-255 (2011).</li><li>Jang, S. J., Song, Y. M., Yeo, C. I., Park, C. Y., Lee, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+tolerant+a-Si+distributed+Bragg+reflector+fabricated+by+oblique+angle+deposition.">Highly tolerant a-Si distributed Bragg reflector fabricated by oblique angle deposition.</a> Opt. Mater. Exp. 1 (3), 451-457 (2011).</li><li>Harris, K. D., Popta, A. C. V., Sit, J. C., Broer, D. J., Brett, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Birefringent+and+Transparent+Electrical+Conductor.">A Birefringent and Transparent Electrical Conductor.</a> Adv. Funct. Mater. 18 (15), 2147-2153 (2008).</li><li>Fairman, H. S., Brill, M. H., Hemmendinger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+the+CIE+1931+color-matching+functions+were+derived+from+Wright-Guild+data.">How the CIE 1931 color-matching functions were derived from Wright-Guild data.</a> Color Research &amp; Application. 22 (1), 11-23 (1997).</li><li>Oliver, J. B., 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-beam&#8211;deposited+distributed+polarization+rotator+for+high-power+laser+applications.">Electron-beam&#8211;deposited distributed polarization rotator for high-power laser applications.</a> Opt. Exp. 22 (20), 23883-23896 (2014).</li></ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

In rivestimenti a film sottile convenzionale per colorazione3,4,5,6, il colore può essere controllato modificando diversi materiali e lo spessore di regolazione. La scelta di materiali con differenti indici di rifrazione è limitata per l'ottimizzazione di vari colori. Per rilassarsi questa limitazione, abbiamo sfruttato l'angolo obliquo deposizione a film sottile colore rivestimento. A second...

In generale, le prestazioni di rivestimenti ottici a film sottile sono basata sul tipo di interferenza ottica che producono, ad esempio alta riflessione o trasmissione. Nel dielettrici sottile-pellicole, interferenza ottica possa essere ottenuta semplicemente per soddisfare condizioni come spessore di quarto d'onda (λ/4n). Principi di interferenza a lungo sono stati utilizzati in varie applicazioni ottiche come interferometri di Fabry-Perot e distribuita Bragg riflettori1,2. Negli ultimi anni, film sottile, strutture altamente assorbente materiali come metalli e semiconduttori sono state ampiamente studiato3,4,5,6. Forte interferenza ottica può essere ottenuto da un materiale semiconduttore assorbente su una pellicola di metallo, che produce cambiamenti di fase non banale in onde riflesse del rivestimento a film sottile. Questo tipo di struttura permette rivestimenti ultra-sottili che sono notevolmente più sottili rispetto ai rivestimenti dielettrici a film sottile.
Recentemente, abbiamo studiato i modi di migliorare l'accordabilità di colore e la purezza del colore di film sottili altamente assorbente usando porosità7. Controllando la porosità del film depositato, l'efficace indice di rifrazione del mezzo film sottile può essere cambiato8. Questo cambiamento nell'indice di rifrazione efficace permette le caratteristiche ottiche di essere migliorata. Basato su questo effetto, abbiamo progettato le pellicole a colori ultra-sottile con diversi spessori e porosità dai calcoli utilizzando onda accoppiato rigorosa analisi (RCWA)9. Il nostro design presenta colori con spessori differenti della pellicola a ogni porosità7.
Abbiamo impiegato un metodo semplice, deposizione di angolo obliquo, per controllare la porosità dei rivestimenti a film sottile altamente assorbente. La tecnica di deposizione di angolo obliquo fondamentalmente combina un sistema di deposizione tipico, ad esempio un evaporatore del fascio di elettroni o evaporatore termale, con un substrato inclinato10. L'angolo obliquo del flusso incidente crea lo shadowing atomico, che produce aree che il flusso di vapore non è possibile raggiungere direttamente11. La tecnica di deposizione di angolo obliquo è stato ampiamente usata in vari film sottile rivestimento applicazioni12,13,14.
In questo lavoro, dettagliamo i processi per la realizzazione di pellicole a colori ultra-sottile da deposizione obliquo utilizzando un evaporatore del fascio di elettroni. Inoltre, metodi aggiuntivi per la lavorazione di grandi superfici sono presentati separatamente. Oltre ai passaggi di processo, alcune note che dovrebbero essere prese in considerazione durante il processo di fabbricazione sono spiegati in dettaglio.
Inoltre esaminiamo processi per misurare la riflettanza dei campioni fabbricati e convertendoli in informazioni di colore per l'analisi, in modo che possono essere espressi in coordinate di colore CIE e RGB valori15. Inoltre, alcuni aspetti da considerare nel processo di fabbricazione di pellicole a colori ultra-sottili sono discussi.

<table><tbody><tr><td>&amp;nbsp;KVE-2004L</td><td>Korea Vacuum Tech. Ltd.</td><td></td><td>E-beam evaporator system</td></tr><tr><td>Cary 500</td><td>Varian, USA</td><td></td><td>UV-Vis-NIR spectrophotometer</td></tr><tr><td>T1-H-10</td><td>Elma</td><td></td><td>Ultrasonic bath</td></tr><tr><td>HSD150-03P</td><td>Misung Scientific Co., Ltd</td><td></td><td>Hot plate</td></tr><tr><td>Isopropyl Alcohol (IPA)</td><td>OCI Company Ltd.</td><td></td><td>Isopropyl Alcohol (IPA)</td></tr><tr><td>Buffered Oxide Etch 6:1</td><td>Avantor</td><td></td><td>Buffered Oxide Etch 6:1</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>OCI Company Ltd.</td><td></td><td>Acetone</td></tr><tr><td>4 inch Silicon Wafer</td><td>Hi-Solar Co., Ltd.</td><td></td><td>4 inch Silicon Wafer (P-100, 1 - 20 ohm.cm, Single side polished, Thickness: 440 &amp;plusmn; 20 &amp;mu;m)</td></tr><tr><td>2 inch Silicon Wafer</td><td>Hi-Solar Co., Ltd.</td><td></td><td>2 inch Silicon Wafer (P-100, 1 - 20 ohm.cm, Single side polished, Thickness: 440 &amp;plusmn; 20 &amp;mu;m)</td></tr></tbody></table>

fabrication of ultra-thin color films with highly absorbing media using oblique angle deposition

Strutture di film ultra-sottili sono stati studiati estesamente per uso come rivestimenti ottici, ma restano sfide di prestazioni e di fabbricazione.  Presentiamo un metodo avanzato per la realizzazione di pellicole a colori ultra-sottile con caratteristiche migliorate. Il processo proposto risolve diversi problemi di fabbricazione, incluso il trattamento di grande area. In particolare, il protocollo viene descritto un processo nella fabbricazione di pellicole a colori ultra-sottile utilizzando un evaporatore del fascio di elettroni per la deposizione di angolo obliquo di germanio (Ge) e oro (Au) su substrati di silicio (Si).  Porosità del film prodotto dalla deposizione di angolo obliquo induce i cambiamenti di colore nel film ultra-sottile. Il grado di cambiamento di colore dipende da fattori come lo spessore di pellicola e angolo di deposizione. Fabbricato campioni dei film ultra-sottile di colore ha mostrato accordabilità colore migliorato e purezza del colore. Inoltre, la riflettanza dei campioni fabbricati è stata convertita in valori cromatici e analizzata in termini di colore. Il nostro film ultrasottile fabbricando metodo dovrebbe essere utilizzato per varie applicazioni di film ultra-sottile come elettrodi colore flessibile celle solari a film sottile e filtri ottici. Inoltre, il processo sviluppato qui per analizzare il colore dei campioni fabbricati è ampiamente utile per studiare le varie strutture di colore.

La figura 2a Mostra immagini dei campioni 2 cm x 2 cm di fabbricato. I campioni sono stati fabbricati in modo che il film ha avuto diversi spessori (vale a dire, 10 nm, 15 nm, 20 nm e 25 nm) e sono stati depositati a diverse angolazioni (vale a dire, 0 °, 30 °, 45 ° e 70 °). Il colore dei cambiamenti pellicole depositate a seconda della combinazione di entrambi lo spessore dei campioni e l'angolo di deposizione. I cambiamenti di colore dovuti a modifiche nella porosità...

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

Fabbricazione di film ultra-sottile di colore con altamente assorbente Media mediante deposizione di angolo obliquo

Presentiamo un metodo dettagliato per la realizzazione di pellicole a colori ultra-sottile con caratteristiche migliorate per rivestimenti ottici. La tecnica di deposizione di angolo obliquo utilizzando un evaporatore del fascio di elettroni permette accordabilità colore migliorato e purezza. Film fabbricato di Ge e Au su substrati di Si sono stati analizzati mediante misure di riflettanza e conversione di informazioni di colore.

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

fabrication-ultra-thin-color-films-with-highly-absorbing-media-using

Research

JoVE Journal

Engineering

8.2K Views.  Gwangju Institute of Science and Technology. Presentiamo un metodo dettagliato per la realizzazione di pellicole a colori ultra-sottile con caratteristiche migliorate per rivestimenti ottici. La tecnica di deposizione di angolo obliquo utilizzando un evaporatore del fascio di elettroni permette accordabilità colore migliorato e purezza. Film fabbricato di Ge e Au su substrati di Si sono stati analizzati mediante misure di riflettanza e conversione di informazioni di colore.

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Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

Fabbricazione di nano-ingegneria trasparenti Ossidi Conducting da Pulsed Laser Deposition

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Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

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We describe a method for the fabrication of large-area (up to 13 cm diameter) and ultrathin (as thin as 8 nm) polymer films. Instead of using a sacrificial interlayer to delaminate the film from its substrate, we use a self-limiting surface treatment suitable for arbitrarily large areas.

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Formation of Thick Dense Yttrium Iron Garnet Films Using Aerosol Deposition

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This report describes the use of a custom-built system to perform aerosol deposition of thick films of yttrium iron garnet onto sapphire substrates at RT. The deposited films are characterized using scanning electron microscopy, profilometry, and ferromagnetic resonance to give a representative overview of the capabilities of the technique.

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Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caratterizzazione

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two chalcogenide compositions are demonstrated: Ge23Sb7S70 and As40S60, which have both been studied extensively for planar mid-infrared (mid-IR) microphotonic devices. In this approach, uniform thickness films are fabricated through the use of computer numerical controlled (CNC) motion. Chalcogenide glass (ChG) is written over the substrate by a single nozzle along a serpentine path. Films were subjected to a series of heat treatments between 100 &#176;C and 200 &#176;C under vacuum to drive off residual solvent and densify the films. Based on transmission Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and surface roughness measurements, both compositions were found to be suitable for the fabrication of planar devices operating in the mid-IR region. Residual solvent removal was found to be much quicker for the As40S60 film as compared to Ge23Sb7S70. Based on the advantages of electrospray, direct printing of a gradient refractive index (GRIN) mid-IR transparent coating is envisioned, given the difference in refractive index of the two compositions in this study.

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

A method of uniform thickness solution-derived chalcogenide glass film deposition is demonstrated using computer numerical controlled motion of a single-nozzle electrospray.

Electrospray Deposizione di uniformità di spessore Ge<sub&gt; 23</sub&gt; Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; E As<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; calcogenuri vetro Cinema

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA-b-PVDMA), are presented. Due to the high reactivity of azlactone groups towards amine, thiol, and hydroxyl groups, PGMA-b-PVDMA surfaces can be modified with secondary molecules to create chemically or biologically functionalized interfaces for a variety of applications. Previous reports of patterned PGMA-b-PVDMA interfaces have used traditional top-down patterning techniques that generate non-uniform films and poorly controlled background chemistries. Here, we describe customized patterning techniques that enable precise deposition of highly uniform PGMA-b-PVDMA films in backgrounds that are chemically inert or that have biomolecule-repellent properties. Importantly, these methods are designed to deposit PGMA-b-PVDMA films in a manner that completely preserves azlactone functionality through each processing step. Patterned films show well-controlled thicknesses that correspond to polymer brushes (~90 nm) or to highly crosslinked structures (~1-10 &#956;m). Brush patterns are generated using either the parylene lift-off or interface directed assembly methods described and are useful for precise modulation of overall chemical surface reactivity by adjusting either the PGMA-b-PVDMA pattern density or the length of the VDMA block. In contrast, the thick, crosslinked PGMA-b-PVDMA patterns are obtained using a customized micro-contact printing technique and offer the benefit of higher loading or capture of secondary material due to higher surface area to volume ratios. Detailed experimental steps, critical film characterizations, and trouble-shooting guides for each fabrication method are discussed.

Surface fabrication methods for patterned deposition of nanometer thick brushes or micron thick, crosslinked films of an azlactone block co-polymer are reported. Critical experimental steps, representative results, and limitations of each method are discussed. These methods are useful for creating functional interfaces with tailored physical features and tunable surface reactivity.

Fabbricazione di superfici reattive con spazzola e film reticolato di co-polimeri funzionalizzati Azlactone blocco

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

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.

Massa e sintesi di Film sottile di ossidi compositivamente varianti entropia-stabilizzato

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 ...

Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support substrates. Accomplishing this transfer in a highly controlled, mechanized, and reproducible manner can eliminate the creation of macroscale defect structures (e.g., tears, cracks, and wrinkles) within the thin film that compromise device performance and the usable area per sample. Here, we describe a general protocol for the highly controlled and mechanized transfer of a polymeric thin film onto an arbitrary porous support substrate for eventual use as a water filtration membrane device. Specifically, we fabricate a block copolymer (BCP) thin film on top of a sacrificial, water-soluble poly(acrylic acid) (PAA) layer and silicon wafer substrate. We then utilize a custom-designed, 3D-printed transfer tool and drain chamber system to deposit, lift-off, and transfer the BCP thin film onto the center of a porous anodized aluminum oxide (AAO) support disc. The transferred BCP thin film is shown to be consistently placed onto the center of the support surface due to the guidance of the meniscus formed between the water and the 3D-printed plastic drain chamber. We also compare our mechanized transfer-processed thin films to those that have been transferred by hand with the use of tweezers. Optical inspection and image analysis of the transferred thin films from the mechanized process confirm that little-to-no macroscale inhomogeneities or plastic deformations are produced, as compared to the multitude of tears and wrinkles produced from manual transfer by hand. Our results suggest that the proposed strategy for thin film transfer can reduce defects when compared to other methods across many systems and applications.

We present a procedure for highly controlled and wrinkle-free transfer of block copolymer thin films onto porous support substrates using a 3D-printed drain chamber. The drain chamber design is of general relevance to all procedures involving transfer of macromolecular films onto porous substrates, which is normally done by hand in an irreproducible fashion.

Procedura per il trasferimento di pellicole polimeriche su substrati porous con difetti ridotti al minimo

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support ...

Development of Efficient OLEDs from Solution Deposition

The use of highly efficient organic emitters based on the thermally activated delayed fluorescence (TADF) concept is interesting due to their 100% internal quantum efficiency. Presented here is a solution deposition method for the fabrication of efficient organic light-emitting diodes (OLEDs) based on a TADF emitter in a simple device structure. This fast, low-cost, and efficient process can be used for all OLED emissive layers that follow the host-guest concept. The fundamental steps are described along with necessary information for further reproduction. The goal to establish a general protocol that can be easily adapted for principal organic emitters currently under study and development.

Presented here is a protocol for the fabrication of efficient, simple, solution-deposited organic light-emitting diodes with low roll-off.

Fabbricazione di film ultra-sottile di colore con altamente assorbente Media mediante deposizione di angolo obliquo

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