Name: formation of thick dense yttrium iron garnet films using aerosol deposition
Uploaded: 2015-05-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
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SDJ은 감사에서 자신의 파트에 대한 공학 교육 / 연구실 박사후 원정대 프로그램, 물질의 자기 적 성질에 콘라드 Bussmann에 (NRL) 및 Mingzhong 우 (콜로라도 주립 대학)과의 토론, 론 홀름 (NRL)의 미국 협회의 지원을 인정 설계 및 NRL AD 시스템의 구현.

1. 파우더 준비 <ol><li> 덩어리의 100~150g 미만 53 μm의 크기를 얻기 위해-받은 이트륨 철 가넷 (YIG) 분말을 체. </li><li> 온도보다 300 ℃에서 최소 24 시간 동안 건조로에 체질 분말을 놓습니다. </li></ol> 2. 기판 준비 <ol><li> 원하는 크기의 기판, 다음 이소프로판올, 아세톤을 사용하여 예를 들어, 3mm X 3mm를 청소합니다. 질소 가스를 이용한 드라이. </li></ol> 3. 에어로졸 증착을 수행 <ol><li> 번역 설치 단계에 샘플을 탑재합니다. <ol><li> 설치 단계로 양면 구리 테이프를 놓습니다. 구리 테이프에 청소 기판을 놓습니다. </li><li> 샘플의 각각의 모서리에 장착 스테이지의 가장자리로부터의 거리를 측정한다. 샘플 역사 시트의 치수 및 샘플의 위치를​​ 기록합니다. </li><li> 설치 단계는 번역 모토의 몸과 평행하게 정렬되어 있는지 확인캘리퍼와 모터 본체의 가장자리에 탑재 스테이지의 가장자리로부터의 거리를 측정하여, R. 증착 챔버에 샘플을로드합니다. </li><li> 증착 챔버를 밀봉하는 플랜지를 조인다. 번역 모터 3 15 핀 D-SUB 컨트롤러 케이블을 연결합니다. </li></ol></li><li> 가루를 넣고 에어로졸 챔버를 닫습니다. <ol><li> 로에서 건조 된 분말을 제거하고 에어로졸 챔버의 바닥 부분에 배치합니다. 필터 드 막힘로드 상에 필터 드 막힘로드 첨부 파일을 밀어 넣습니다. </li><li> 에어로졸 챔버의 바닥 부분에 에어로졸 챔버의 본체를 놓습니다. 본체가 바닥 부분에 부착됨에 따라, 필터 막힘 해제로드가 부착 된 교반 판에 휴식을 허용. </li><li> 바닥 부분에 본체를 클램프. 에어로졸 챔버 본체에 측 포트 에어로졸 챔버 압력계를 부착. </li><li> 본체 O 상위 포트에 노즐 입구 부를 클램프QF 클램프를 사용하여 에어로졸 챔버 F. 증착 챔버에 유입 포트로 노즐 입구 튜브를 올리고 상부 및 하부 고정 피팅. </li><li> 샘플 역사의 장에 분말 및 에어로졸 챔버 식별 번호를 기록합니다. </li></ol></li><li> 이 시스템의 나머지로부터 격리 러핑 펌프를 켜고. 증착 챔버 조명 램프를 켭니다. 전체 시스템의 펌프 다운을 시작하는 바이 패스 라인에 수축 밸브를 연다. </li><li> 설치 증착 실행 식별과 압력 모니터링 소프트웨어. </li><li> 명령 행 터미널 창에서 &#39;pitrans&#39;을 입력하여 스테이지 컨트롤러 매크로 작성자를 실행하고 필요한 정보를 입력합니다. 실행 로그 스프레드 시트에 새 시트를 만들고 증착 변수 및 설정 노트를 기록합니다. </li><li> 시스템 압력은 150-200 토르 대해 도달하면, 제한되지 않은 약간의 밸브를 개방. 약 1 토르 / sec의 펌프 다운 속도를 유지한다. 일 회E 압력은 압력 모니터링 소프트웨어와 변환 스테이지 모터 컨트롤러 소프트웨어를 시작 (100) 토르 미만 떨어졌다. </li><li> 시스템 압력에 도달하면 약 1 토르는 바이 패스 라인에 세 개의 밸브를 닫고 메인 펌프 밸브를 엽니 다. 증착 챔버의 상부 캡에 클램프를 조입니다. </li><li> 송풍기 펌프의 전원을 켭니다. 초 고순도 (UHP) 질소 가스 실린더를 엽니 다. 압력을 모니터하고 시스템의 기본 압력을 기록한다 (이는 전형적으로 15 내지 25 mTorr 이하에 도달). </li><li> 노즐과 기판 사이의 거리를 설정한다. 상기 노즐을 통해 기판을 이동 탑재하는 스테이지 제어기 소프트웨어 그래픽 사용자 인터페이스 윈도우를 사용한다. 그것은 연락처 노즐까지 기판을 낮 춥니 다. 이 위치에서 수직 방향으로 7.5 mm 기판을 이동. </li><li> 메인 펌핑 라인을 닫고 압력 모니터링 시스템 소프트웨어에서의 누설 율을 감시한다. 밸브를 차단시 초기 누설 률을합니다. 이 LEA 경우K 비율은 달리 누출 검사 시작 미만 3.33 mTorr로 / sec의 계속이다. 전형적인 누설 률은 1.2 미만 mTorr로 / 초이다. </li><li> 500 토르 사전 설정 값으로 증착 챔버 버터 플​​라이 밸브를 설정합니다. / 분 (전원을 켜십시오하지 않음) 13.63 (L)에 질량 유량 제어기의 값을 설정합니다. </li><li> 증착 시작 위치로 장착 스테이지를 이동. 컨트롤러 소프트웨어로 단계 3.7에서 만든 매크로를로드합니다. </li><li> 선형 초 10 매 Hz에서 135 사이 (145)를 청소하는 함수 발생기를 프로그램. 에 함수 발생기를 켭니다. 에 질소 가스의 흐름을 돌립니다. 3 초 카운트 다운 후 단계 컨트롤러 매크로를 시작합니다. </li><li> 증착을 모니터하고 500 ± 0.5 토르에서 압력 차를 유지하기 위해 필요한 가스 유량을 조정 (또는 실행을 위해 필요에 따라) 증착 동안. 주 : 상기 증착 챔버 내의 압력은 전형적으로 0.65 토르이고, 상기 증착 챔버 내의 압력은 일반적으로 501 토르이다. 제어 할 수없는 변화압력 보통 UHP 질소가 고갈되는 것을 나타냅니다. 실행의 기간에 걸쳐 압력에 약간의 드롭 (1-2 토르)의 전형이다. 이는 가스 유량을 증가시킴으로써 해결 될 수있다. 초기 표시가 필름 기판 상에 형성해야 통과하는 동안, 성막 부족 분말 및 / 또는 상당한 필터 막힘 불충분 에어로졸을 시사한다. </li><li> 증착의 마지막 정확한 증착 런타임 참고. 질소 가스, 함수 발생기, 및 펌프를 차단. 완전히 증착 챔버 버터 플​​라이 밸브를 엽니 다. </li><li> 증착 챔버의 측에 위치 바이 패스 밸브를 연다. 제로 하우스 질소 가스 레귤레이터를 켜고 증착 챔버로 리디렉션. 천천히 온실 가스 레귤레이터의 압력을 증가하는 동안 메인 펌프 밸브를 닫습니다. </li><li> 홈은 X = 25mm, Y = 25mm, 및 Z = 25 mm의 노즐은 다음 스테이지 컨트롤러 소프트웨어를 닫는다. </li><li> 시스템에서의 압력이 상승하면이상은 100 Torr의 압력 모니터링 소프트웨어를 중지. 증착을 완료하는 데 사용 시간이 총 질소 가스를 기록합니다. 시스템이 도달 할 때까지 대기 집 가스 압력이 필요한 조정. </li><li> 3 15 핀 D-SUB 단계 컨트롤러 케이블을 분리하고 상단 캡을 언 클램프. 증착 챔버의 상부 캡을 제거하고 샘플을 마운트 해제합니다. </li></ol> 4. 사후 증착 검사 <ol><li> 설치 단계에서 샘플을 제거하고 현미경으로 검사합니다. 필요한 경우, 루즈 파우더를 제거하는 이소프로판올에 샘플을 씻는다. 영화의 계획 특성 분석을 수행합니다. </li></ol>

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그림 4의 SEM 이미지는 큰 골절과 치밀화가 증착 공정 중에 발생하는 것을 나타냅니다. 화상 보이드 입자의 소수를 도시 막의 상면 취해진 다. 도 1에 입자 (2)와 (3)에서 충격에 의해 도시 된 바와 같이 관찰 영역은 후속하는 입자의 추가 충격 치밀화 공정의 이점을 활용하지 못하고, 따라서 증착 될 물질의 마지막이며. 시료의 체적 내의 막 밀도 수 단면의 고배율 삽입과 <str...

에어로졸 증착 (AD)는 벌크 (1)의 95 %보다 큰 밀도를 갖는 두꺼운 수백 마이크로 미터까지의 층을 생산할 수 후막 증착 공정이다. 증착 프로세스는 충격 파괴 또는 변형, 부착, 및 입자의 고밀도화의 연속 프로세스를 통해 발생하는 것으로 생각된다. 한 여러 단계에 걸쳐 입자 충격 및 고밀도화를 도시하는 일련의 단계로서,이 프로세스를 보여주고있다. 도시 된 바와 같이, 입자 100-500 M / sec의 전형적인 속도로 기판을 향해 이동한다. 기판과 입자의 초기 충격 같이 이들은 골절 및 기판에 부착. 이 앵커 층은 기판과 벌크 막 사이의 기계적 접착 성을 제공한다. 이후의 영향이 발생하는 기본 입자에 부착, 점점 골절, 또한 고밀도 있습니다. 지속적인 영향, 골절, 및 치밀화의이 과정은 기본 필름을 압축하고 크리스탈 블랙 마노를 결합하기 위해 노력tallites는 벌크 물질의 95 % 이상에 도달하는 농도로 필름을 제조하고. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52843/52843fig1.jpg" /> 증착 프로세스의도 1의 그림. 패널 100-500 M / sec의 전형적인 속도로 기판을 향해 이동 세 입자를 나타낸다. 패널 B는 제 입자 충격, 골절, 접착력의 결과를 나타낸다. 패널 C 및 D는 두 번째와 세 번째 입자의 후속하는 충격, 더욱 콤팩트하지 막 표시하고 결정자 접합. 결과는 (참고 19에서 허가를 재현) 벌크 재료의 95 % 이상의 밀도 영화이다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52843/52843fig1highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> AD의 주요한 장점은 depos이고ition 주변 실온에서 완전히 일어난다; 이에 의해 저 융점 발열 기판 상에 고 융점 재료의 온도 (출발 분말)에, 예를 들면, 막 성장을 가능하게한다. 증착 속도는 분당 수 ㎛까지 일 수 있고, 증착 챔버에서 1-20 토르의 온화한 진공 조건 하에서 수행된다. 프로세스는 매우 큰 증착 영역까지 확장하고 마지막으로, 컨 포멀하게 증착 할 수있는 능력을 나타낸다. (2) 인덕터 (3), 내마모성 코팅 (4), 압전체 5 multiferroics 6 magnetoelectrics 7 서미스터 8 열전 필름 9, 유연한 절연막 (10), 단단한 조직 임플란트 바이오 세라믹 등의 광범위한 용도에 대해 AD 의해 연구 많은 재료 시스템이있다 (11), 고체 전해질 (12) 및 광촉매 (13). 전자 장치에 응용 프로그램, severa의 자기 영화두께 마이크로 미터의 L 수백 이상적 회로 기판 요소에 직접 통합 될 것을 요구된다. 이러한 통합을 구현하는 한 가지 과제는 페라이트 필름 제조에 필요한 고온 체제 인 이트륨 철 가넷 (YIG)로서, (해리스 등. (14)에 의해 검토를 참조). 이 때문에 광고는 자기 집적 회로 기술에 잠재적 인 새로운 발전을 실현하기위한 자연스러운 선택이 될 것으로 보인다. 광고의 저비용 운영, 높은 증착 속도, 단순성은 미국에서 현재 독일, 프랑스,​​ 일본, 한국의 연구자에 의해 관심을 촉발하고있다. 도 2는 에어로졸 증착법을 수행하는 기본 설정을 요약 한 도면이다. 압력 P AC, DC P, P와 H는 각각 에어로졸 챔버, 증착 챔버 및 펌프 헤드에 대한 위치에 표시된 모니터링된다. 질량 유량 제어기 (MFC)에 의해 제어되는 가스 유동은, 에어로졸 입사챔버 및 분말을 aerosolizes. 증착 챔버는 사각형 (0.4 mm X 4.8 mm)의 노즐 구멍을 통해 입자의 유동을 일으키는 두 개의 챔버들 사이의 압력 차를 만들 펌핑된다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52843/52843fig2.jpg" /> 그림 NRL ADM 시스템 2. 주요 구성 요소. 압력 P AC, DC P 및 P (H)는 각각, 에어로졸 챔버, 증착 챔버 및 펌프 헤드의 위치에 표시 모니터링합니다. 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오. (저작권 (2014) 참조 (20)로부터 재생 응용 물리학의 일본 학회). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52843/52843fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 이 작품의 개별 YIG 입자의 평균 크기는 0.5 μm의입니다. 응집 효과는 이러한 원인작은 입자들은 약 10 내지 약 400 μm의 ㎛, 크기가 다양 더 큰 응집체를 형성한다. 덩어리 크기 및 배달 속도의 제어는 조밀 잘 형성된 필름을 달성하는 데 필수적이다. 이는 증착 챔버 내로 사이즈 선택 및 균일 한 입자 플럭스 허용 에어로졸 챔버의 구성을 필요로한다. 분말은 에어로졸 챔버에로드되는 것보다 큰 53 μm의 이전에 어떤 덩어리를 제거하기 위해 사전 체질이다. 이 연구에서 사용 된 에어로졸 챔버 구성은도 3에 도시되어있다. 질소 가스가 챔버의 바닥면에 위치하는 네 개의 유입 노즐 (두 개는도 3에 도시 됨)을 통해 들어간다. 가스는 응집 입자의 분포로 이루어진 에어로졸 미만 53 ㎛의 크기를 생성하기 위해 (녹색으로 표시) YIG 분말과 상호 작용한다. 계속적으로 진동 스테인레스 강판으로 이루어지는 에어로졸 챔버의베이스에 교반기로 이동 분체 유지가스 흐름. 응집은 응집물이 노즐 입구를 입력 미만 45 ㎛의 크기를 수 45 ㎛의 필터를 영향. 노즐 응집체 입구 들어가면 큰 속도로 가속되고 증착을 수행하기 위해 (도시되지 않음)의 증착 챔버 내로 토출. 스테인레스 스틸 막대 드 필터 막힘을 돕기 위해 (도시되지 않음) 교반기의베이스에 필터의 하단을 연결한다. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52843/52843fig3.jpg" /> 그림 필터, 입구 노즐, 그림과 YIG 분말 내부 에어로졸 챔버 구성 3. 그림. 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오. 이 보고서는 YIG의 조밀 한 필름을 생산하기 위해 위에서 설명한 맞춤형 시스템을 사용하여 광고를 수행 할 수있는 실험 방법에 대해 설명합니다. 이 시스템에서 생산 된 11 μm의 두께 필름 대표 결과 scannin를 사용되게됩니다g 전자 현미경 (SEM), 두께 프로파일 및 강자성 공명 (FMR). 제시된 결과는 자기 특성 또는 필름의 재료 구조에 대한 심층적 인 연구로 구성하지만,이 기술에 의해 생성 된 필름의 데모로.하지 않는 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52843/52843fig3highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>Ferromagnetic Resonance Spectrometer</td><td>www.bruker.com/</td><td>9.5 GHz Spectrometer</td><td></td></tr><tr><td>Scanning Electron Microscope</td><td>www.zeiss.com</td><td>LEO Supra 55</td><td></td></tr><tr><td>Profilometer</td><td>www.kla-tencor.com/</td><td>D-120</td><td></td></tr><tr><td>Stereo Microscope</td><td>www.microscopes.com</td><td>Omano Stereo Microscope</td><td>Used for inspection directly after removal from deposition chamber</td></tr><tr><td>Double-sided Copper Tape</td><td>www.2spi.com</td><td>05085A-AB</td><td>hold-down clips or other adhesives may be used</td></tr><tr><td>Nitrile Exam Gloves</td><td>www.fishersci.com</td><td>19-130-1597D</td><td></td></tr><tr><td>2-propanol</td><td>www.fishersci.com</td><td>A451SK-4</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>www.fishersci.com</td><td>A11-1</td><td></td></tr><tr><td>Yttrium Iron Garnet Powder</td><td>www.trans-techinc.com/</td><td>Call for Product Information</td><td>Powder is custom made to order and ground to specifications</td></tr><tr><td>Stainless Steel Spoon</td><td>www.fishersci.com</td><td>14-429E</td><td>Used for scooping and transferring powder</td></tr><tr><td>Alumina Boats</td><td>www.coorstek.com/</td><td>65580</td><td></td></tr><tr><td>Drying Furnace</td><td>www.paragonweb.com</td><td>KM14 ceramic furnace</td><td>Furnace is connected to air during drying</td></tr><tr><td>Powder Sieves</td><td>www.advantechmfg.com/</td><td>270SS8F</td><td>A selection of mesh openings are needed to sieve from large down to target size</td></tr><tr><td>Ultra High Purity Nitrogen Gas</td><td>www.praxairdirect.com</td><td>NI 5.0UH-3K</td><td>Used as medium for aerosol.</td></tr><tr><td>Air Breathing Quality</td><td>www.praxairdirect.com</td><td>AI BR-4KN</td><td>Used inside furnace during drying</td></tr><tr><td>Lab Balance</td><td>www.balances.com/</td><td>Sartorius ED224S Lab Balance</td><td>Used for weighing powder</td></tr><tr><td>Sapphire Wafers</td><td>www.pmoptics.com/</td><td>PWSP-313211</td><td></td></tr></tbody></table>

formation of thick dense yttrium iron garnet films using aerosol deposition

에어로졸 증착 (AD)는 대량의 95 % 이상의 밀도와 두께 수백 마이크로 미터까지의 층을 생산할 수 후막 증착 공정이다. AD의 주요 장점은 증착 상온에서 전적으로 일어난다이다; 따라서 서로 다른 용융 온도를 가진 물질 시스템의 막 성장을 가능하게한다. 이 보고서는 분말을 제조하고 맞춤형 시스템을 사용하여 AD를 수행하기위한 상세 처리 단계를 설명한다. 대표적인 특성 분석 결과는이 시스템에서 성장 영화에 대한 전자 현미경, 프로필 로메, 강자성 공명 검색에서 제공됩니다. 시스템의 기능 개요를 대표로서, 포커스 기재된 프로토콜 및 시스템 설치 다음 샘플 제조에 주어진다. 결과는이 시스템이 성공적으로 하나 5 분간 증착 중에있는 R 11 μm의 두께 이트륨 철 가넷 필름&gt; 벌크 밀도의 90 %를 증착 할 수 있음을 나타낸다유엔. 개선 두께 및 필름의 조도 변동을 에어로졸 입자 선택 나은 제어를 수득하는 방법의 설명이 제공된다.

증착이 완료된 후, 코팅 된 기판은 증착 챔버로부터 제거하고 광학 입체 현미경을 사용하여 검사된다. 샘플은 일반적으로 닦았과 분위기에 재 가압 동안 남아 초과 분말을 제거하는 이소프로판올로 세척한다. 필름 특성은, 프로파일 로메 필름의 자기 특성을 평가하기 위해 막 두께, 균일 한 조도 및 강자성 공명을 평가하기 위해 필름의 형태를 평가하기 위해 주사 전자 현미경을 사용하여 여기에 ...

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Formation of Thick Dense Yttrium Iron Garnet Films Using Aerosol Deposition

이 보고서는 실온에서 사파이어 기판에 이트륨 철 가넷의 두꺼운 필름의 에어로졸 증착을 수행 할 수있는 맞춤형 시스템의 사용에 대해 설명합니다. 증착 된 필름은 기술의 능력의 대표적인 개요를 제공하는 주사 전자 현미경, 프로파일 로메, 강자성 공명을 특징으로한다.

에어로졸 증착을 사용하여 두꺼운 고밀도 이트륨 철 가넷 필름의 형성

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

formation-thick-dense-yttrium-iron-garnet-films-using-aerosol

Research

JoVE Journal

Engineering

9.2K 조회수.  Naval Research Laboratory.  이 보고서는 실온에서 사파이어 기판에 이트륨 철 가넷의 두꺼운 필름의 에어로졸 증착을 수행 할 수있는 맞춤형 시스템의 사용에 대해 설명합니다. 증착 된 필름은 기술의 능력의 대표적인 개요를 제공하는 주사 전자 현미경, 프로파일 로메, 강자성 공명을 특징으로한다. 

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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.

의 제작 펄스 레이저 증착에 의해 투명 실시 산화물 나노 설계

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

연구

공학

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

복합 산화물 박막의 에피 택셜 성장을위한 원자 적으로 정의 된 템플릿

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

화학

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

원자 추적 가능한 나노 구조 제작

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and conformality by taking advantage of self-limiting reactions between vapor-phase precursors and the growing film. Perovskite oxides present potential for next-generation electronic materials, but to-date have mostly been deposited by physical methods. This work outlines a method for depositing SrTiO3 (STO) on germanium using ALD. Germanium has higher carrier mobilities than silicon and therefore offers an alternative semiconductor material with faster device operation. This method takes advantage of the instability of germanium's native oxide by using thermal deoxidation to clean and reconstruct the Ge (001) surface to the 2&#215;1 structure. 2-nm thick, amorphous STO is then deposited by ALD. The STO film is annealed under ultra-high vacuum and crystallizes on the reconstructed Ge surface. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) is used during this annealing step to monitor the STO crystallization. The thin, crystalline layer of STO acts as a template for subsequent growth of STO that is crystalline as-grown, as confirmed by RHEED. In situ X-ray photoelectron spectroscopy is used to verify film stoichiometry before and after the annealing step, as well as after subsequent STO growth. This procedure provides framework for additional perovskite oxides to be deposited on semiconductors via chemical methods in addition to the integration of more sophisticated heterostructures already achievable by physical methods.

This work details the procedures for the growth and characterization of crystalline SrTiO3 directly on germanium substrates by atomic layer deposition. The procedure illustrates the ability of an all-chemical growth method to integrate oxides monolithically onto semiconductors for metal-oxide semiconductor devices.

원자 층 증착을 통해 게르마늄에 페 로브 스카이 스트론튬 티탄의 에피 택셜 성장

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

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.

균일 한 두께의 Ge 전기 분무 증착<sub&gt; (23)</sub&gt;의 Sb<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; (70)</sub&gt;와 같이<sub&gt; (40)</sub&gt; S<sub&gt; (60)</sub&gt; 칼 코게 나이드 유리 필름

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

Aerosol-assisted Chemical Vapor Deposition of Metal Oxide Structures: Zinc Oxide Rods

Whilst columnar zinc oxide (ZnO) structures in the form of rods or wires have been synthesized previously by different liquid- or vapor-phase routes, their high cost production and/or incompatibility with microfabrication technologies, due to the use of pre-deposited catalyst-seeds and/or high processing temperatures exceeding 900 &#176;C, represent a drawback for a widespread use of these methods. Here, however, we report the synthesis of ZnO rods via a non-catalyzed vapor-solid mechanism enabled by using an aerosol-assisted chemical vapor deposition (CVD) method at 400 &#176;C with zinc chloride (ZnCl2) as the precursor and ethanol as the carrier solvent. This method provides both single-step formation of ZnO rods and the possibility of their direct integration with various substrate types, including silicon, silicon-based micromachined platforms, quartz, or high heat resistant polymers. This potentially facilitates the use of this method at a large-scale, due to its compatibility with state-of-the-art microfabrication processes for device manufacture. This report also describes the properties of these structures (e.g., morphology, crystalline phase, optical band gap, chemical composition, electrical resistance) and validates its gas sensing functionality towards carbon monoxide.

Columnar zinc oxide structures in the form of rods are synthesized via aerosol-assisted chemical vapor deposition without the use of pre-deposited catalyst-seed particles. This method is scalable and compatible with various substrates based on either silicon, quartz or polymers.

에 어로 졸 기반 구조 금속 산화물의 화학 증기 증 착: 산화 아연 막대

Whilst columnar zinc oxide (ZnO) structures in the form of rods or wires have been synthesized previously by different liquid- or vapor-phase routes, ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

에 의한 나노 구조 산화 이트륨 안정화 지르코니아 (YSZ) 비계의 고온 제작<em&gt; 시츄</em&gt; 탄소 템플릿 생성 크 세로 겔

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

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

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

기울기 각도 증 착을 사용 하 여 미디어를 흡수 하는 높은 가진 매우 얇은 필름의 제조

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

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (Cu variant) entropy-stabilized oxides. Phase pure and chemically homogeneous (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (x = 0.20, 0.27, 0.33) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (x = 0.11, 0.27) ceramic pellets are synthesized and used in the deposition of ultra-high quality, phase pure, single crystalline thin films of the target stoichiometry. A detailed methodology for the deposition of smooth, chemically homogeneous, entropy-stabilized oxide thin films by pulsed laser deposition on (001)-oriented MgO substrates is described. The phase and crystallinity of bulk and thin film materials are confirmed using X-ray diffraction. Composition and chemical homogeneity are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The surface topography of thin films is measured with scanning probe microscopy. The synthesis of high quality, single crystalline, entropy-stabilized oxide thin films enables the study of interface, size, strain, and disorder effects on the properties in this new class of highly disordered oxide materials.

The synthesis of high quality bulk and thin film (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O entropy-stabilized oxides is presented.

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 ...

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 (STO) Single-crystal Substrates

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio frequency (RF) magnetron sputtering. LSMO nanoparticles were deposited with diameters from 10 to 20 nm and heights between 20 and 50 nm. At the same time, (Gd) Ba2Cu3O7&#8722;&#948; ((Gd) BCO) films were fabricated on both undecorated and LSMO nanoparticle decorated STO substrates using RF magnetron sputtering. This report also describes the properties of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 quasi-bilayer films structures (e.g., crystalline phase, morphology, chemical composition); magnetization, magneto-transport, and superconducting transport properties were also evaluated.

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½ Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

Here, we present a protocol to grow LSMO nanoparticles and (Gd) BCO films on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio frequency (RF)-sputtering.

고주파 마 그 네트 론 스퍼터 링 GdBa2Cu3O7−δ의 라0.67SrTiO3 (STO) 단 결정 기판에 Sr0.33MnO3 준 bilayer 영화 /

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

에어로졸 증착을 사용하여 두꺼운 고밀도 이트륨 철 가넷 필름의 형성

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