この研究は、欧州連合(EU)のHorizon 2020研究イノベーションプログラム(No.803004)の下で欧州研究評議会(ERC)によって資金提供されました。

1. ソリューションの準備
<ol><li>前加水分解テトラエチルオルソケイ酸塩(TEOS)18時間前に、ラボバランスと磁気スターラーが配置されたヒュームフードでゲルフィルムを製造する前に溶液を調製する。<ol>
<li>ポリエチレングリコールヘキサデシルエーテル(Brij-58)とエタノール23.26gを50mLボトルに加え、ボトルの蓋を閉め、Brijが完全に溶解するまでかき混ぜます。</li>
		<li>ステップ1.1.1でフラスコにHCl 35%の1.5gを加え、閉じて20sをかき混ぜます。</li>
		<li>ステップ1.1.2のフラスコに4.22gのTEOSを加え、閉じて18時間かき混ぜます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>成熟した溶液がSr塩の形態で再沈殿しやすいため、ゲルフィルムの製造直前にSr2+ の1M水溶液の調製が行なわれます。<ol>
<li>10 mLの体積フラスコにSrCl2・6H2Oの2.67 gの重量を量る。</li>
		<li>ステップ1.2.1でフラスコに10mLまでの超純水(例えば、ミリ-Q)を加え、プラスチックキャップでフラスコを閉じ、フラスコを軽く振って塩化ストロンチウムを溶かします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ステップ1.1で調製した溶液を含む10mLボトルにSr2+ の1M水溶液の275μLを加え、10分間攪拌します。</li>
</ol>2. ポリジメチルシロキサン(PDMS)テンプレートの作成
<ol><li>ステップ1.3以降のPDMS溶液の調製。<ol>
<li>硬化剤の1部をビーカーの10部をバランスに混ぜます。気泡の均質な分布を得るまでガラススティックで混合物をかき混ぜ、真空チャンバーでそれを取り除きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS ソリューションを使用してシリコン マスターを複製します。この作品では、直径、高さ、分離距離が1μmの柱で構成されたシリコンパターンマスターを使用しました。<ol>
<li>構成された表面をプラスチックボックスに盛り付けたシリコンマスターを置き、PDMS溶液で箱を満たします。</li>
		<li>プラスチックボックスを70°Cで2時間炉に導入し、固体PDMSテンプレートを取得します。</li>
		<li>PDMS テンプレートとシリコン マスターを分離します。刃を使用して、希望のサイズにPDMSテンプレートをカットし、きれいなボックスに保管します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. ディップコーティングによるSOI(100)基材上のゲルフィルム堆積
<ol><li>基板の作製<ol>
<li>ダイヤモンドチップを使用して、2/0.5/0.67 μm(Si/SiO2/Si)の厚さを持つ2インチのpタイプSOIウエハを、ウエハフラットに平行または垂直に切り取って、2cm x 6cmサイズの基板を用意します。シリコンデバイス層の導電率は、1 ~ 10 Ω/cm である必要があります。</li>
		<li>可能なポリマー残基を排除するために、ピラニア溶液中に20分間の基質を導入します。</li>
		<li>DI水で洗浄し、エタノールで洗浄し、乾燥させるか、窒素の流れを使用します。この手順は、ステップ 1.3 の直後に実行する必要があります。</li>
	</ol>
</li>
	<li>前加水分解テトラエチルオルソケイ酸塩(TEOS)、Brij-58スルファクタントおよびSrCl2 6H2Oを含有する溶液の沈着。<ol>
<li>均質なシリカフィルムを得るために、ディップコーターのチャンバーを相対湿度40%および25°Cの温度で条件下にセットします。</li>
		<li>ディップコーターアームからぶら下がっているSOI基板の下に約5cm x 1 cm x 8 cmのサイズのビーカーを置き、浸漬と離脱時に300mm/minの速度でディップコーティングシーケンスを確立します。浸漬時間(最終位置の時間)をゼロに設定します。</li>
		<li>ステップ1.3で調製した溶液でビーカーを充填し、相対湿度温度が安定するまで待つ、すなわち、それぞれ40%および25°C。</li>
		<li>単一のディップコーティングを行い、フィルムが均一になるまで待ちます。</li>
		<li>SOI基板を450°Cの炉に5分間導入し、200nmの厚さを得るゲルフィルムのコンシレーションを行います。</li>
		<li>ステップ 3.2.3 と 3.2.4 をさらに 2 回繰り返して、約 600 nm の厚さのフィルムを製造します。溶液の安定性を確保するために、1時間で繰り返し処理を行う必要があります。</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 軟刷リソグラフィによる表面マイクロ/ナノ構造
<ol><li>相対湿度40%と25°Cの温度の条件下でフィルム表面にマイクロ/ナノ構造を調製します。<ol>
<li>ステップ 3.2.3 を繰り返して、SOI基板に新しいフィルムを堆積させます。</li>
		<li>ステップ3.2.1の後にSOI基板を平らな表面に置き、ソルゲルが蒸発している間、ステップ2.2で調製したPDMS金型をSOI基板に置きます。</li>
		<li>PDMSモールドを用いたSOI基板を炉内に70°Cで1分間置き、2分2分で140°Cに入れます。その後、冷却するためにそれを残します。</li>
		<li>PDMSモールドを取り外し、SOI基板上にマイクロ/ナノ構造のゲルフィルムを得る。</li>
		<li>SOI基板を450°Cの炉に5分間導入し、高さ600nmのマイクロ/ナノ構造ゲルフィルムを統合します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 熱処理によるゲルフィルムの結晶化
<ol><li>SOI上のゲルフィルムの熱処理(100)。<ol>
<li>室温から1000°Cまで加熱する管状炉をプログラムします。</li>
		<li>セラミックボートに入れた試料を、1000°Cの炉に5時間導入します。炉を空気で飽和させるために、熱処理全体の間に管状の作業管を覆わないで下さい。最後に、プログラムされたランプなしで炉を冷却することによって室温に達する。</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. リソグラフィマスクレイアウトの設計
このプロセスで使用されるマスクは、エピタキシャルナノ構造石英を用いたSOI基板上のデバイス製造用に特別に設計されています。すべての製造プロセスは、石英側で行われます。マスクは、負のトーン抵抗を各ステップで使用する必要がある方法で設計されました。マスクは、以下で説明する 4 つの異なる手順で構成されています。
<ol><li>クォーツをパターン化して、カンチレバーの形状と30 μm x 30 μmの正方形の接触面積を決定します。例えば、120 μm x 160 μm領域の40 μm x 100 μmサイズの長方形のカンチレバー面積は負のレジストで保護され、残りはシリコン層までエッチングされます。</li>
	<li>上部と下部の電極を実現します。上部電極は長方形のカンチレバー領域にパターン化され、底部電極は30 μm x 30 μmのエッチング領域の厚さ2μmのシリコン層にパターン化されています。上部接触の幅はパターン化された片持ち面積より4μm小さく、底部の接触のサイズはステップ1の30μm x 30μm角形状のエッチング領域よりも大きい。</li>
	<li>四角形のカンチレバーの周りに120 μm x 160 μmのU字型の領域のすべての2 μmの厚さのシリコン層をエッチングします。エッチングされた領域は再びU字型ですが、最後のステップでHF攻撃から片持ち面積を保護するために両側から4 μm小さい。</li>
	<li>SiO2のBOEエッチングでカンチレバーを解放する。保護された片持ち面積は、実際のカンチレバー面積よりも2 μm大きい。最も重要な部分は、カンチレバーの表面とブランクを保護することです。</li>
</ol>7. ピラニア溶液を用いてカンチレバー微細加工工程用の石英サンプルの洗浄
<ol><li>過酸化水素10mL(H2O2)を20mLの硫酸(H2SO4)に周囲温度でゆっくりと加えてピラニア溶液を調製します。この混合物は熱反応を作成します。<ol>
<li>すべての有機残基を洗浄するために、この溶液内に10分間サンプルを入れます。</li>
		<li>サンプルをDI水ですすい、窒素で乾燥させます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>8. ステップ 1: クォーツ薄膜の片持ち形状のパターニング
<ol><li>初のリソグラフィプロセス<ol>
<li>サンプルをアセトン、IPAですすいで、乾いた窒素を吹き飛ばします。</li>
		<li>140°Cのホットプレートにサンプルを10分間除湿します。</li>
		<li>AZ2070マイナスフォトレジストを4000 rpmの速度で30sスピンします。</li>
		<li>ホットプレートにサンプルを置き、115°Cで60sのソフトベークを行います。</li>
		<li>サンプルを37.5 mJ.cm-2 UV線量で5sに公開します。</li>
		<li>115°Cで60sの場合は、サンプルをホットプレートに置き、露光後焼きします。</li>
		<li>MIF 726開発者で周囲温度で100sの開発を開発し、その後DI水ですすいで乾燥窒素を吹きます。期待される厚さは5.5 μmです。</li>
		<li>125°Cのホットプレートにサンプルを10分間置き、レジストをハードベークします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>石英層の反応性イオンエッチング(RIE)<ol>
<li>RIEを使用して、ガス流量60 sccm CHF 3、20sccm 02、および100W RF電力で10sccm Arを使用してシリコン層まで石英をエッチングする。</li>
	</ol>
</li>
	<li>レジスト残差のクリーニング<ol>
<li>流速90 sccm 02 で5分間プラズマで洗浄します。</li>
		<li>最初の洗浄工程が不十分な場合は、すべてのレジストが取り除かれるまで、サンプルを80°CのムーバーPGに残します。</li>
		<li>次いで、試料をピラニア溶液(硫酸H2SO4+過酸化水素H2O2の10mLの20mL)に10分間入れる。 その後、DI水ですすい、窒素で乾燥させます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. ステップ2:底と上電極の実現
<ol><li>第2のリソグラフィプロセス<ol>
<li>サンプルをアセトン、IPAですすいで、乾いた窒素を吹き飛ばします。</li>
		<li>140°Cのホットプレートにサンプルを10分間除湿します。</li>
		<li>AZ2020マイナスフォトレジストを4000 rpmの速度で30sスピンします。</li>
		<li>ホットプレートにサンプルを置き、115°Cで60sのソフトベークを行います。</li>
		<li>3 sの23.25 mJ.cm-2 UV線量でサンプルを公開します。</li>
		<li>115°Cで60sの場合は、サンプルをホットプレートに置き、露光後焼きします。</li>
		<li>MIF 726現像液を周囲温度で50s開発し、DI水ですすいで乾いた窒素を吹き込みます。期待される厚さは1.7 μmです。</li>
	</ol>
</li>
	<li>上部および底部電極用の金属蒸着。<ol>
<li>2.5 A/sで4 A/sと120 nmプラチナの速度で50 nmクロムを堆積させ、電子ビーム蒸発を10-6 mbarで蒸着します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>金属リフトオフ<ol>
<li>まずサンプルをアセトンに、次にIPAに残して、金属リフトオフが成功するまでお預けください。</li>
		<li>光学顕微鏡でサンプルを確認し、必要に応じて、すべての金属が離陸するまで80°CのリムーバーPGにサンプルを残します。その後、DI水ですすいで、乾燥窒素を吹き飛ばします。</li>
		<li>ステップ9.3.2が十分でない場合は、サンプルをアセトンの超音波洗浄器に5分間入れます。この操作を必要な回数繰り返します。</li>
		<li>サンプルをアセトン、IPAですすい、窒素で乾燥させます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>10. ステップ 3: サンプルをエッチング Si(100) 層にパターン化する
<ol><li>第3のリソグラフィプロセス<ol>
<li>サンプルをアセトン、IPAですすいで、乾いた窒素を吹き飛ばします。</li>
		<li>140°Cのホットプレートにサンプルを10分間除湿します。</li>
		<li>AZ2070マイナスフォトレジストを2000rpmの速度で30sスピンします。</li>
		<li>ホットプレートにサンプルを置き、ソフトベークを115°Cで60sとします。</li>
		<li>サンプルを37.5 mJ.cm-2 UV線量で5sに公開します。</li>
		<li>サンプルをホットプレートに置き、露光後焼き115°Cで60sにします。</li>
		<li>MIF 726で周囲温度で110sの開発を行い、DI水ですすいで窒素で乾燥させます。期待される厚さは5.9 μmです。</li>
		<li>125°Cのホットプレートにサンプルを10分間置き、レジストをハードベークします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>シリコン層の反応性イオンエッチング<ol>
<li>シリコン層を60sccm CHF3、20sccm02、10sccm Arのガス流量を100WRFパワーで使用するRIEを用いたSiO2層までエッチングする。</li>
	</ol>
</li>
	<li>レジスト残差のクリーニング<ol>
<li>最初に、90 sccm 02 の流量でプラズマで5分間洗浄します。</li>
		<li>すべてのレジストが取り除かれるまで、サンプルを80°CのムーバーPGに残します。その後、DI水ですすいで、乾燥窒素を吹き飛ばします。</li>
	</ol>
</li>
</ol>11. ステップ4:SiO2の湿式化学エッチングによるカンチレバーの放出
<ol><li>第4回リソグラフィプロセス<ol>
<li>サンプルをアセトン、IPAですすいで、乾いた窒素を吹き飛ばします。</li>
		<li>140°Cのホットプレートにサンプルを10分間除湿します。</li>
		<li>AZ2020マイナスフォトレジストを2000rpmの速度で30sスピンします。</li>
		<li>ホットプレートにサンプルを置き、115°Cで60sのソフトベークを行います。</li>
		<li>サンプルを37.5 mJ.cm-2 UV線量で5sに公開します。</li>
		<li>サンプルをホットプレートに置き、露光後焼き115°Cで60sにします。</li>
		<li>MIF 726で、周囲温度で65sに開発。DI水ですすいで、乾いた窒素を吹き飛ばします。期待される厚さは2.3μmである。</li>
		<li>125°Cのホットプレートにサンプルを10分間置き、レジストをハードベークします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>SiO2層のエッチング液を緩衝した酸化物エッチング(BOE)<ol>
<li>BOE 7:1溶液をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ベースの容器に入れます。</li>
		<li>この溶液にサンプルを入れ、すべてのSiO2 層がカンチレバーの下にエッチングされるまで周囲温度にしておきます。その後、DI水ですすいで乾燥窒素を吹き飛ばします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>レジスト残差のクリーニング<ol>
<li>サンプルをアセトン、IPAですすいで、乾いた窒素を吹き飛ばします。</li>
		<li>必要に応じて、プラズマの抵抗残差を90sccmO2 の流量で5分間洗浄します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Vila-Fungueiri&#241;o, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+functional+complex+oxide+nanomaterials+on+silicon.">Integration of functional complex oxide nanomaterials on silicon.</a> Frontiers in Physics. 3, (2015).</li><li>Carretero-Genevrier, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+monolithic+integration+of+vertical+single+crystalline+octahedral+molecular+sieve+nanowires+on+silicon.">Direct monolithic integration of vertical single crystalline octahedral molecular sieve nanowires on silicon.</a> Chemistry of Materials. 26 (2), 1019-1028 (2014).</li><li>Gomez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+engineering+of+room-temperature+ferroelectricity+in+epitaxial+1D+hollandite+oxides+on+silicon.">Crystal engineering of room-temperature ferroelectricity in epitaxial 1D hollandite oxides on silicon.</a> arXiv:2007.03452 [cond-mat.mtrl-sci]. , (2020).</li><li>Tadigadapa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piezoelectric+MEMS+sensors:+state-of-the-art+and+perspectives.">Piezoelectric MEMS sensors: state-of-the-art and perspectives.</a> Measurement Science and Technology. 20 (9), 092001 (2009).</li><li>Yin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+epitaxial+piezoelectric+thin+films+on+silicon.">Integration of epitaxial piezoelectric thin films on silicon.</a> Ecole Centrale de Lyon, France. , (2013).</li><li>Isarakorn, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+piezoelectric+MEMS+on+silicon.">Epitaxial piezoelectric MEMS on silicon.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (5), 055008 (2010).</li><li>Craighead, H. 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(106), e53543 (2015).</li><li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tailoring+the+crystal+growth+of+quartz+on+silicon+for+patterning+epitaxial+piezoelectric+films.">Tailoring the crystal growth of quartz on silicon for patterning epitaxial piezoelectric films.</a> Nanoscale Advances. 1 (9), 3741-3752 (2019).</li><li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro/nanostructure+engineering+of+epitaxial+piezoelectric+&#945;-quartz+thin+films+on+silicon.">Micro/nanostructure engineering of epitaxial piezoelectric &#945;-quartz thin films on silicon.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (4), 4732-4740 (2020).</li><li>Sansen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+cell+membrane+organization+and+dynamics+using+soft+nanoimprint+lithography.">Mapping cell membrane organization and dynamics using soft nanoimprint lithography.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (26), 29000-29012 (2020).</li><li>Jolly, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+chemistry+assisted+on-chip+integration+of+nanostructured+quartz-based+piezoelectric+microelectromechanical+system.">Soft chemistry assisted on-chip integration of nanostructured quartz-based piezoelectric microelectromechanical system.</a> arXiv:2007.07566 [physics.app-ph]. , (2020).</li></ol>

著者らは開示するものは何もない。

提示された方法は、Si.Quartz/Si-MEMS技術でナノ構造の圧電石英マイクロカンチレバーを製造するためのボトムアップアプローチとトップダウンアプローチの組み合わせです。実際、エピタキシャルクォーツ/Si MEMSはCMOS互換プロセスで製造されています。これにより、小型化とコスト効率の良いプロセスを維持しながら、多重周波数デバイス用のシングルチップソリューションの将来の製造を容?...

圧電特性を有する酸化物ナノ材料は、MEMSセンサやマイクロエネルギーハーベスタ、ストレージ1、2、3などのデバイスを設計する上で極めて重要です。CMOS技術の進歩に伴い、高品質エピタキシャル圧電フィルムとナノ構造体をシリコンにモノリシックに統合することが、新しい新規デバイス4を拡大する対象となる。また、高性能を実現するためには、これらの装置の小型化をより大きく制御することが求められる。電子、生物学、医学における新しいセンサーアプリケーションは、マイクロおよびナノファブリケーション技術7、8の進歩によって可能になります。
特に、α石英は圧電材料として広く使用されており、優れた特性を示し、ユーザーは異なる用途に作製することができます。エネルギー収穫の適用面積を制限する低い電気機械結合係数を有するが、その化学的安定性および高い機械的品質因子は、周波数制御装置およびセンサ技術の有力な候補となる9.しかし、これらのデバイスは、デバイス製造10に対して所望の特性を有するバルク単一水晶結晶からマイクロマシン加工された。水晶の厚さは、デバイスから最も高い共振周波数を得ることができるように構成されるべきであり、今日では、最も低い達成可能な厚さは10μm11である。これまでに、ファラデーケージ斜めエッチング11などのバルク結晶をマイクロパターン化する技術、レーザー干渉リソグラフィ12、および集光イオンビーム(FIB)13が報告された。
近年、シリコン基板(100)へのエピタキシャル成長(100)α のエピタキシャル成長の直接的およびボトムアップ統合(100)は、化学溶液沈着(CSD)14,15によって開発された。このアプローチは、前述の課題を克服し、将来のセンサーアプリケーションのための圧電ベースのデバイスを開発するための扉を開きました。シリコン基板上のα石英フィルムの構造を調整し、膜16の質感、密度、厚さを制御することができた。α-quartzフィルムの厚さは数百ナノメートルからミクロンの範囲に拡張され、バルク結晶上のトップダウン技術によって得られたものよりも10〜50倍薄くなっています。ディップコーティング堆積条件の最適化、湿度および温度は、トップダウンリソグラフィ技術17の組み合わせにより、連続的なナノ構造結晶石英膜と完全なナノインプリントパターンの両方を達成することを可能にした。具体的には、ソフトナノインプリントリソグラフィ(NIL)は、低コスト、大規模な製造およびベンチトップ機器ベースのプロセスです。トップダウンとボトムアップのアプローチを組み合わせたソフトNILの適用は、ピラー径、高さ、およびピラー間距離を正確に制御するシリコン上でエピタキシャル石英ナノピラーアレイを生成する鍵です。さらに、生体用途に用いたホウケイ酸ガラス上の制御された形状、直径、および周期性を有するシリカナノピラーの製造を、エピタキシャル石英薄膜18のソフトNILのカスタマイズを行った。
これまで、圧電ナノ構造α石英MEMSのオンチップ統合は不可能でした。ここでは、材料からデバイス製作までの詳細なエンジニアリングルートを描きます。我々は、SOI基板上 に圧電石英カンチレバーを放出する材料合成、ソフトNIL、及び微細加工のための全てのステップを説明し、いくつかの特性評価結果を有する圧電材料としての応答を議論する。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Honeywell Riedel de Ha&#235;n</td>
			<td>UN 1090</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZnLOF 2020 negative resist</td>
			<td>Microchemicals</td>
			<td>USAW176488-1BLO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZnLOF 2070 negative resist</td>
			<td>Microchemicals</td>
			<td>USAW211327-1FK6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ 726 MIF developer</td>
			<td>Merck</td>
			<td>DEAA195539</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BOE (7:1)</td>
			<td>Technic</td>
			<td>AF 87.5-12.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brij-58</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>9004-95-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium</td>
			<td>Neyco</td>
			<td>FCRID1T00004N-F53-062317/FC79271</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dip Coater ND-R 11/2 F</td>
			<td>Nadetec</td>
			<td>ND-R 11/2 F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide solution 30%</td>
			<td>Carlo Erka Reagents DasitGroup</td>
			<td>UN 2014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H2SO4</td>
			<td>Honeywell Fluka</td>
			<td>UN 1830</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol</td>
			<td>Honeywell Riedel de Ha&#235;n</td>
			<td>UN 1219</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mask aligner</td>
			<td>EV Group</td>
			<td>EVG620</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PG remover</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>18111026</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Platinum</td>
			<td>Neyco</td>
			<td>INO272308/F14508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE based container</td>
			<td>Teflon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reactive ion etching (RIE)</td>
			<td>Corial</td>
			<td>ICP Corial 200 IL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEMFEG</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>Su-70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOI substrate</td>
			<td>University Wafer</td>
			<td>ID :3213</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Strontium chloride hexahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10025-70-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYLGARD TM 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td>Dow</td>
			<td>.000000840559</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYLGARD TM 184 Silicone Elastomer Curring Agent</td>
			<td>Dow</td>
			<td>.000000840559</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetraethyl orthosilicate</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>78-10-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubular Furnace</td>
			<td>Carbolite</td>
			<td>PTF 14/75/450</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibrometer</td>
			<td>Polytec</td>
			<td>OFV-500D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2D XRD</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>D8 Discover</td>
			<td>Equipped with a Eiger2 R 500 K 2D detector</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

epitaxial nanostructured &alpha;-quartz films on silicon: from the material to new devices

本研究では、第1の圧電ナノ構造エピタキシャル石英系マイクロカンチレバーの詳細なエンジニアリングルートを示す。材料からデバイス製作までのプロセスのすべてのステップを説明します。SOI(100)基質上のα石英膜のエピタキシャル成長は、ストロンチウムドープシリカゾルゲルの調製から始まり、室温で大気条件下でのディップコーティング技術を用いた薄膜状のSOI基板へのこのゲルの堆積に続く。ゲルフィルムの結晶化の前に、ナノインプリントリソグラフィ(NIL)によりナノ構造がフィルム表面上に行われる。エピタキシャルフィルムの成長は1000°Cで到達し、パターン化されたゲルフィルムの完全な結晶化を誘発する。水晶晶カンチレバー装置の製造は、微細加工技術に基づく4段階のプロセスです。プロセスは石英表面を形作り、それから電極のための金属の堆積がそれに続くから始まる。シリコーンを取り外した後、シリコンとクォーツの間にSiO2を除去するSOI基板からカンチレバーが放出される。装置の性能は非接触レーザーのバイブロメーター(LDV)および原子間力顕微鏡(AFM)によって分析される。製造されたチップに含まれる異なる片持ち体の寸法の中で、この研究で分析されたナノ構造の片持ち体は、大きく40μm、長さ100μmの寸法を示し、600 nmの厚いパターン石英層(ナノピラー直径と分離距離400nmと1μm)で製造されたエピタキシマを2μm厚いSi層上で成長させた。測定された共振周波数は267kHzであり、機械的構造全体の推定品質因子Qは低真空条件下でQ~398であった。両技術(すなわち、AFM接触測定とLDV)でカンチレバーの電圧依存性直線変位を観察した。従って、これらの装置が間接圧電効果を通じて活性化できることを証明する。

材料合成とデバイスの製造の進捗状況( 図1参照)は、実際の画像で異なるステップを監視することによって模式的に描かれました。微細加工プロセスの後、電界放出走査電子顕微鏡(FEG-SEM)画像を用いてナノ構造片持ち体の態様を観察した(図2a-c)。2DマイクロX線回折は、カンチレバーの異なる積層層の結晶性を制御する(図...

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

この研究は、シリコン・オン・インシュレーター(SOI)技術基板上のナノ構造α石英カンチレバーの微細加工に関する詳細なプロトコルを、ディップコーティング法による石英膜のエピタキシャル成長から始め、ナノインプリントリソグラフィを介した薄膜のナノ構造化に関する詳細なプロトコルを提示する。

シリコン上のエピタキシャルナノ構造α-クオーツフィルム:材料から新しいデバイスへ

In this work, we show a detailed engineering route of the first piezoelectric nanostructured epitaxial quartz-based microcantilever. We will explain all ...

epitaxial-nanostructured-quartz-films-on-silicon-from-material-to-new

Research

JoVE Journal

Engineering

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

5.3K ビュー.  Université de Montpellier. この研究は、シリコン・オン・インシュレーター(SOI)技術基板上のナノ構造α石英カンチレバーの微細加工に関する詳細なプロトコルを、ディップコーティング法による石英膜のエピタキシャル成長から始め、ナノインプリントリソグラフィを介した薄膜のナノ構造化に関する詳細なプロトコルを提示する。

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Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

プラズモニック·強化されたライトトラップによる多結晶シリコン薄膜太陽電池

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

工学

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

シリコン直接ウェハー接合による均一ナノスケールキャビティの作製

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

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.

単電子揚水用のシリコン金属酸化膜半導体量子ドット

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

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

層状チタン酸透明フィルムの層間空間で凝集することなく金ナノ粒子のその場合成で

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

眼内レンズからの前方散乱光および後方散乱光を定量的に評価するための走査型光散乱プロファイラ（SLPS）に基づく方法論

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

材料の分析のための高速連続誘導ブリルアン散乱分光器

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルム コントロール

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, three substrates (acrylate, ceramics, and copper) are prepared. To determine the resulting material properties of these substrates, profilometer, contact angle, scanning electron microscope (SEM), and focused ion beam (FIB) measurements are done. The achievable printing resolution and suitable drop volume for each substrate are, then, found through the drop size tests. Then, layers of insulating and conductive ink are inkjet printed alternately to fabricate the target sensor structures. After each printing step, the respective layers are individually treated by photonic curing. The parameters used for the curing of each layer are adapted depending on the printed ink, as well as on the surface properties of the respective substrate. To confirm the resulting conductivity and to determine the quality of the printed surface, four-point probe and profilometer measurements are done. Finally, a measurement set-up and results achieved by such an all-printed sensor system are shown to demonstrate the achievable quality.

Here we present a protocol for the fabrication of inkjet-printed multilayer sensor structures on additively manufactured substrates and foil.

ハイブリッド スマート センサーの作製のための印刷

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...