Name: epitaxial nanostructured α-quartz films on silicon: from the material to new devices
Uploaded: 2020-10-06T14:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 34 s
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이 작품은 유럽 연합 (EU)의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램 (No.803004)에 따라 유럽 연구 위원회 (ERC)에 의해 투자되었다.

1. 솔루션 준비
<ol><li>실험실 균형과 자기 교반기가 배치되는 연기 후드에서 젤 필름을 제작하기 18시간 전에 전하이드로분해 테트라에틸 또는 토실리케이트(TEOS)를 포함하는 용액을 준비한다.<ol>
<li>폴리에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르 0.7g(Brij-58)과 에탄올 23.26g을 50mL 병에 넣고 병 뚜껑을 닫고 Brij가 완전히 용해될 때까지 저어줍니다.</li>
		<li>1.1.1단계에서 플라스크에 HCl 35%를 넣고 닫고 20s를 저어줍니다.</li>
		<li>1.1.2 단계에서 플라스크에 4.22 g의 TEOS를 넣고 닫고 18시간 동안 저어줍니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>성숙한 용액이 Sr 소금 의 형태로 다시 침전되기 쉽기 때문에 젤 필름의 제작 직전에 Sr2 +의 1 M 수성 용액의 준비.<ol>
<li>SrCl2·6H2O의 무게는 10mL 체피 플라스크에 들어있습니다.</li>
		<li>10mL 초순수수(예: 밀리-Q)를 플라스크에 1.2.1단계로 넣고 플라스크를 플라스틱 캡으로 닫고 플라스크를 부드럽게 흔들어 염화강을 녹입니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>1.1 단계에서 준비된 용액을 함유한 10mL 병에 Sr2+의 1M 수성 용액의 275 μL을 넣고 10분 동안 용액을 저어줍니다.</li>
</ol>2. 폴리디메틸실록산(PDMS) 템플릿 준비
<ol><li>1.3단계 이후의 PDMS 솔루션 준비.<ol>
<li>경화제의 1부분을 엘라스토머의 10부와 혼합하여 균형을 이드시게 합니다. 거품의 균일 한 분포를 얻을 때까지 유리 스틱혼합물을 저어 진공 챔버에서 제거합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS 용액을 사용하여 실리콘 마스터를 복제합니다. 이 작업을 위해 직경, 높이 및 분리 거리가 1 μm인 기둥으로 구성된 실리콘 패턴 마스터를 사용했습니다.<ol>
<li>실리콘 마스터를 구조화 된 얼굴을 플라스틱 상자에 넣고 PDMS 용액으로 상자를 채웁니다.</li>
		<li>2h의 용광로에서 플라스틱 상자를 70°C로 도입하여 고체 PDMS 템플릿을 얻습니다.</li>
		<li>PDMS 템플릿과 실리콘 마스터를 분리합니다. 블레이드를 사용하여 PDMS 템플릿을 원하는 크기로 자르고 깨끗한 상자에 보관하십시오.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 딥 코팅에 의한 SOI(100) 기판에 대한 겔 필름 증착
<ol><li>기판 준비<ol>
<li>다이아몬드 팁을 사용하여 웨이퍼 플랫에 평행 또는 수직 방향으로 2/0.5/0.67 μm(Si/SiO 2/Si)의 두께가 있는 2인치 p형 SOI 웨이퍼를 절단하여 2cm x 6cm 크기의 기판을 준비한다. 실리콘 장치 층의 전도도는 1cm에서 10 Ω/cm 사이여야 합니다.</li>
		<li>가능한 폴리머 잔류물을 제거하기 위해 20 분 동안 피라냐 용액으로 기판을 소개합니다.</li>
		<li>DI 물로 청소한 다음 에탄올로 청소하여 건조시키거나 질소 흐름을 사용하십시오. 이 단계는 1.3 단계 직후에 수행해야합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>사전 가수 분해 된 테트라에틸 또는 thosilicate (TEOS), Brij-58 황산제 및 SrCl2 6H2O를 포함하는 용액의 증착.<ol>
<li>균일한 실리카 필름을 얻기 위해, 상대 습도 40% 및 25°C의 온도에서 조건하에서 딥 코트의 챔버를 설정합니다.</li>
		<li>딥 코트 암에 매달려 있는 SOI 기판 아래에 약 5cm x 1cm x 8cm 크기의 비커를 놓고 침수 및 철수시 300mm/min의 속도로 딥 코팅 시퀀스를 설정합니다. 침지 시간(최종 위치에서의 시간)을 0으로 설정합니다.</li>
		<li>비커를 1.3단계에서 제조한 용액으로 채우고 상대 습도 온도가 안정될 때까지 기다립니다(예: 40% 및 25°C).</li>
		<li>단일 딥 코팅을 수행하고 필름이 균일해질 때까지 기다립니다.</li>
		<li>200 nm의 두께를 얻기 위해 젤 필름의 이식을 위해 5 분 동안 450 °C에서 용광로로SOI 기판을 소개합니다.</li>
		<li>3.2.3 및 3.2.4 단계를 두 배 더 반복하여 두께가 약 600 nm인 필름을 제작합니다. 솔루션의 안정성을 보장하기 위해 반복 프로세스를 1h로 수행해야 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 부드러운 인쇄 리소그래피에 의한 표면 미세/나노 스트루크레이션
<ol><li>상대 습도 40 % 및 25 °C의 온도 조건하에서 필름 표면에 마이크로 / 나노 구조를 준비합니다.<ol>
<li>SOI 기판에 새로운 필름을 입금하기 위해 3.2.3 단계를 반복합니다.</li>
		<li>SOI 기판을 평평한 표면에 3.2.1 단계 후에 놓고 SOL-gel이 증발하는 동안 SOI 기판에 2.2 단계로 준비된 PDMS 금형을 놓습니다.</li>
		<li>1분 동안 70°C에서 PDMS 몰드를 장착한 SOI 기판을 1분 동안 140°C에서 2분 동안 두 번째 용광로에서 넣습니다. 그런 다음 냉각을 위해 그대로 둡니다.</li>
		<li>SOI 기판상에서 마이크로/나노구조화 젤 필름을 얻기 위해 PDMS 몰드를 제거한다.</li>
		<li>SOI 기판을 450°C에서 5분 동안 용광로로 도입하여 600nm 높이로 마이크로/나노구조체 젤 필름을 통합한다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 열 처리에 의한 젤 필름 결정화
<ol><li>SOI(100)에 대한 젤 필름의 열 처리.<ol>
<li>실내 온도에서 1000 °C로 관용광로 가열을 프로그래밍합니다.</li>
		<li>세라믹 보트에 배치된 샘플을 1000°C에서 5시간 동안 용광로에 넣습니다. 공기로 용광로를 포화시키기 위해 전체 열 처리 중에 관 작동 튜브를 덮지 마십시오. 마지막으로 프로그래밍된 경사로 없이 용광로를 냉각하여 실온에 도달합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. 리소그래피 마스크 레이아웃 설계
이 공정에 사용되는 마스크는 상피 나노 구조석이 있는 SOI 기판의 장치 제조를 위해 특별히 설계되었습니다. 모든 제조 공정은 석영 측에서 수행됩니다. 마스크는 각 단계에서 음수 톤 저항을 사용해야 하는 방식으로 설계되었습니다. 마스크는 아래에 설명된 대로 네 가지 단계로 구성됩니다.
<ol><li>석영을 패턴화하여 캔틸레버의 형상과 30 μm x 30 μm 제곱 사각형 형상 접점 영역을 결정한다. 예를 들어, 120 μm x 160 μm 면적 중 40 μm x 100 μm 크기의 직사각형 모양 캔틸레버 영역은 음의 저항으로 보호되고 나머지는 실리콘 층까지 에칭됩니다.</li>
	<li>상단 및 하단 전극을 실현합니다. 상단 전극은 직사각형 모양의 캔틸레버 영역에 패턴이 있으며 하단 전극은 30 μm x 30 μm 에칭 영역의 2 μm 두께의 실리콘 층에 패턴화됩니다. 상부 접촉의 폭은 패턴 캔틸레버 영역보다 4 μm 작고 바닥 접촉의 크기는 1단계에서 30 μm x 30μm 제곱 모양 에칭 영역보다 큽니다.</li>
	<li>직사각형 모양의 캔틸레버 주변의 120 μm x 160 μm U 자형 영역에서 2 μm 두께의 실리콘 층을 모두 식감하십시오. 에칭 영역은 다시 U 자형이지만 마지막 단계에서 HF 공격으로부터 캔틸레버 영역을 보호하기 위해 양쪽에서 4 μm더작습니다.</li>
	<li>SiO2의BOE 에칭으로 캔틸레버를 방출하십시오. 보호된 캔틸레버 영역은 실제 캔틸레버 영역보다 2 μm 더 큽습니다. 가장 중요한 부분은 캔틸레버의 표면과 공백을 보호하는 것입니다.</li>
</ol>7. 피라냐 용액을 사용하여 캔틸레버 미세 제조 공정을 위한 석영 시료 세척
<ol><li>주변 온도에서 과산수소(H 2O2)를20mL에 천천히 첨가하여 피라냐 용액을준비한다. 이 혼합물은 열 반응을 생성합니다.<ol>
<li>모든 유기 잔류물을 청소하기 위해 이 솔루션 내부에 샘플을 10분 동안 넣습니다.</li>
		<li>DI 물로 샘플을 헹구고 질소로 건조시합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>8. 1 단계 : 석영 박막에 패턴 캔틸레버 모양
<ol><li>첫 번째 리소그래피 프로세스<ol>
<li>아세톤, IPA로 샘플을 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다.</li>
		<li>140°C의 핫 플레이트에 샘플을 넣고 10분 동안 제습을 합니다.</li>
		<li>스핀 AZ2070 네거티브 포토레지스트는 30s의 4000 rpm 의 속도로 저항합니다.</li>
		<li>60s에 대한 115 ° C에서 소프트 베이크에 핫 플레이트에 샘플을 넣어.</li>
		<li>5s용 37.5 mJ.cm-2 UV 용량으로 샘플을 노출한다.</li>
		<li>60 s에 대한 115 °C에서 포스트 노출 베이킹을위한 핫 플레이트에 샘플을 넣어.</li>
		<li>MIF 726 개발자에서 주변 온도에서 100초 동안 개발한 다음 DI 수역에서 헹구고 건조한 질소를 날려보냅니다. 예상 두께는 5.5 μm입니다.</li>
		<li>125°C의 핫플레이트에 샘플을 10분간 올려 저항을 하드베이크합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>석영 층의 반응형 이온 에칭(RIE)<ol>
<li>100 W RF 전력에서 60 sccm CHF3,20 sccm 02및 10 sccm Ar의 가스 유량으로 RIE를 사용하여 실리콘 층까지 쿼츠를 식히면 석영을 식히고 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>레지스트 잔류 세척<ol>
<li>5 분 동안 90 sccm 02의 유량으로 플라즈마로 청소하십시오.</li>
		<li>첫 번째 세척 단계가 충분하지 않은 경우 모든 저항이 제거될 때까지 샘플을 80°C에서 리무버 PG에 둡니다.</li>
		<li>이어서, 샘플을 피라냐 용액(20mL의 황산H2SO4 + 과산화수소 H 2O2의10mL)에 10분 간 넣습니다. 그런 다음 DI 수에서 헹구고 질소로 건조시하십시오.</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. 2 단계 : 바닥 및 상단 전극의 실현
<ol><li>두 번째 리소그래피 프로세스<ol>
<li>아세톤, IPA로 샘플을 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다.</li>
		<li>140°C에서 140°C의 핫 플레이트에 샘플을 넣고 10분 동안 제습을 합니다.</li>
		<li>스핀 AZ2020 네거티브 포토레지스트는 30s의 4000 rpm 의 속도로 저항합니다.</li>
		<li>60s에 대한 115 °C에서 소프트 베이크에 핫 플레이트에 샘플을 넣어.</li>
		<li>샘플을 23.25 mJ.cm-2 UV 용량으로 3s에 노출시.</li>
		<li>60 s에 대한 115 °C에서 포스트 노출 베이킹을위한 핫 플레이트에 샘플을 넣어.</li>
		<li>MIF 726 개발자에서 주변 온도에서 50초 동안 개발한 다음 DI 수역에서 헹구고 건조한 질소를 날려보냅니다. 예상 두께는 1.7 μm입니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>상단 및 하단 전극용 금속 증착.<ol>
<li>10-6 mbar에서 전자 빔 증발과 함께 2.5 A /s에서 4 A / s 및 120 nm 플래티넘의 비율로 50 nm 크롬을 입금하십시오.</li>
	</ol>
</li>
	<li>금속 리프트 오프<ol>
<li>금속 리프트가 성공할 때까지 샘플을 먼저 아세톤에 넣고 IPA에 둡니다.</li>
		<li>광학 현미경으로 샘플을 확인하고 필요한 경우 모든 금속이 들어 올릴 때까지 80 °C에서 리무버 PG에 샘플을 둡니다. 그런 다음 DI 수에서 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다.</li>
		<li>9.3.2 단계가 충분하지 않은 경우 샘플을 아세톤에 초음파 클리너에 넣고 5 분 동안 넣습니다. 필요한 만큼 이 작업을 여러 번 반복합니다.</li>
		<li>아세톤, IPA로 샘플을 헹구고 질소로 건조시로 날려 버리십시오.</li>
	</ol>
</li>
</ol>10. 3 단계 : 에칭 Si (100) 층으로 샘플을 패턴화
<ol><li>세 번째 리소그래피 프로세스<ol>
<li>아세톤, IPA로 샘플을 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다.</li>
		<li>140°C에서 140°C의 핫 플레이트에 샘플을 넣고 10분 동안 제습을 합니다.</li>
		<li>스핀 AZ2070 네거티브 포토레지스트2000 rpm의 속도로 30s.</li>
		<li>60s에 대한 115 °C에서 소프트 베이크핫 플레이트에 샘플을 넣어.</li>
		<li>5s용 37.5 mJ.cm-2 UV 용량으로 샘플을 노출한다.</li>
		<li>60s에 대한 115 °C에서 포스트 노출 베이킹을위해 핫 플레이트에 샘플을 넣어.</li>
		<li>MIF 726에서 주변 온도에서 110초 동안 개발한 다음 DI 수역에서 헹구고 질소로 건조시라. 예상 두께는 5.9 μm입니다.</li>
		<li>125°C에서 핫 플레이트에 샘플을 넣고 저항을 하드베이크하기 위해 10분간 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>실리콘 층의 반응이이온 에칭<ol>
<li>100W RF 전력에서 60scm CHF3,20 sccm 02 및 10 sccm Ar의 가스 유량으로 RIE를 사용하여 SiO2 층까지 실리콘 층을 식히면 실리콘 층을 식히면 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>레지스트 잔류 세척<ol>
<li>먼저 5 분 동안 90 sccm 02의 유량으로 플라즈마로 청소하십시오.</li>
		<li>모든 저항이 제거될 때까지 샘플을 리무버 PG에 80°C로 둡니다. 그런 다음 DI 수에서 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>11. 4 단계 : SiO2의 젖은 화학 적 에칭으로 캔틸레버 방출
<ol><li>네 번째 리소그래피 프로세스<ol>
<li>아세톤, IPA로 샘플을 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다.</li>
		<li>140°C에서 140°C의 핫 플레이트에 샘플을 넣고 10분 동안 제습을 합니다.</li>
		<li>스핀 AZ2020 네거티브 포토레지스트 2000 rpm의 속도로 30 s.</li>
		<li>60s용 115°C에서 부드러운 베이킹을 위해 핫플레이트에 샘플을 놓습니다.</li>
		<li>5s용 37.5 mJ.cm-2 UV 용량으로 샘플을 노출한다.</li>
		<li>60s에 대한 115 °C에서 포스트 노출 베이킹을위해 핫 플레이트에 샘플을 넣어.</li>
		<li>MIF 726에서 주변 온도에서 65초로 개발합니다. DI 물에서 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다. 예상 두께는 2.3 μm입니다.</li>
		<li>125°C의 핫플레이트에 샘플을 10분간 올려 저항을 하드베이크합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>완충 된 산화물 에칭 (BOE)을 가진 SiO2 층의 습식 에칭<ol>
<li>폴리테트라플루오로틸렌(PTFE) 기반 용기에 BOE 7:1 용액을 넣습니다.</li>
		<li>이 솔루션에 샘플을 넣고 모든 SiO2 층이 캔틸레버 아래에 새겨지 때까지 주변 온도에서 둡니다. 그런 다음 DI 물에 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>레지스트 잔류 세척<ol>
<li>아세톤, IPA로 샘플을 헹구고 건조한 질소를 날려 버립니다.</li>
		<li>필요한 경우, 5 분 동안 90 sccm O2의 유속도로 플라즈마로 저항 잔류를 청소하십시오.</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. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoelectromechanical+systems.">Nanoelectromechanical systems.</a> Science. 290 (5496), 1532-1535 (2000).</li><li>Warusawithana, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+ferroelectric+oxide+made+directly+on+silicon.">A ferroelectric oxide made directly on silicon.</a> Science. 324 (5925), 367-370 (2009).</li><li>Galliou, 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=Quality+factor+measurements+of+various+types+of+quartz+crystal+resonators+operating+near+4+K.">Quality factor measurements of various types of quartz crystal resonators operating near 4 K.</a> IEEE Transactions on Ultrasonic, Ferroelectrics, and Frequency Control. 63 (7), (2015).</li><li>Danel, J. S., Delapierre, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quartz:+a+material+for+microdevices.">Quartz: a material for microdevices.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 1 (4), 187 (1991).</li><li>Sohn, Y. I., 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=Mechanical+and+optical+nanodevices+in+single-crystal+quartz.">Mechanical and optical nanodevices in single-crystal quartz.</a> Applied Physics Letters. 111 (26), 263103 (2017).</li><li>Santybayeva, Z., 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=Fabrication+of+quartz+microcylinders+by+laser+interference+lithography+for+angular+optical+tweezers.">Fabrication of quartz microcylinders by laser interference lithography for angular optical tweezers.</a> Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS. 15, 3 (2016).</li><li>Lu, 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=Enhanced+electro-optical+lithium+niobate+photonic+crystal+wire+waveguide+on+a+smart-cut+thin+film.">Enhanced electro-optical lithium niobate photonic crystal wire waveguide on a smart-cut thin film.</a> Optics Express. 20 (3), 2974-2981 (2012).</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=Soft-chemistry-based+routes+to+epitaxial+alpha-quartz+thin+films+with+tunable+textures.">Soft-chemistry-based routes to epitaxial alpha-quartz thin films with tunable textures.</a> Science. 340 (6134), 827-831 (2013).</li><li>Carretero-Genevrier, A., Gich, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+macroporous+epitaxial+quartz+films+on+silicon+by+chemical+solution+deposition.">Preparation of macroporous epitaxial quartz films on silicon by chemical solution deposition.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (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>

저자는 공개 할 것이 없습니다.

제시된 방법은 Si. Quartz/Si-MEMS 기술에 나노구조형 압전 쿼츠 마이크로 캔틸레버를 생산하는 상향식 및 하향식 접근법의 조합으로 크기, 전력 소비 및 통합 비용 면에서 대량 석영에 비해 주요 이점을 제공합니다. 실제로, 에피택시 석영/시 MEMS는 CMOS 호환 공정으로 생산됩니다. 이를 통해 다중 주파수 장치를 위한 단일 칩 솔루션을 향후 제조하는 동시에 소형화 및 비용 효율적인 프로세스를 보존할 ...

압전 특성을 가진 산화물 나노 물질은 MEMS 센서 또는 마이크로 에너지 수확기 또는 저장1,2,3과같은 설계 장치에 중추적인 역할을 한다. CMOS 기술의 발전이 증가함에 따라 고품질 의 상피 압전 필름 및 나노 구조의 모놀리식 통합이 실리콘으로 새로운 새로운 장치4를확장하는 관심대상이된다. 또한, 높은 성능을 달성하기 위해서는 이러한 장치의 소형화에 대한 더 큰 제어가 필요하다5,6. 전자, 생물학 및 의학분야의 새로운 센서 애플리케이션은 마이크로 및 나노제조 기술의 발전에 의해 활성화된다7,8.
특히, α 석영은 압전 재료로 널리 사용되며 사용자가 다른 응용 분야에 대한 제조를 할 수있는 뛰어난 특성을 보여줍니다. 에너지 수확을 위한 적용 영역을 제한하는 낮은 전기 기계 결합 계수를 가지고 있지만, 화학 적 안정성과 높은 기계적 품질 인자는 주파수 제어 장치 및 센서 기술9에적합한 후보로 만듭니다. 그러나, 이들 장치는 장치제조(10)에원하는 특성을 갖는 벌크 단일 석영 결정으로부터 마이크로 가공되었다. 석영 결정의 두께는 가장 높은 공명 주파수가 장치에서 얻을 수있는 방식으로 구성되어야하며, 요즘, 가장 낮은 달성 두께는 10 μm11이다. 지금까지, 패라데이 케이지 각각식11,레이저 간섭 리소그래피(12)및 집중이온빔(FIB)13과 같은 벌크 크리스탈을 마이크로패턴화하는 일부 기술이 보고되었다.
최근에는 화학용액증착(CSD)14,15에의해 개발된 실리콘 기판(100)에 α-쿼츠 필름의 에피택시 성장의 직간접및 상향식 통합이 개발되었다. 이 접근 방식은 앞서 언급한 과제를 극복하고 미래의 센서 애플리케이션을 위한 압전 기반 장치를 개발할 수 있는 문을 열었습니다. 실리콘 기판에 α 석영 막의 구조를 조정하여필름(16)의질감, 밀도 및 두께를 제어할 수 있었다. α 쿼츠 필름의 두께는 수백 나노미터에서 미크론 범위로 확장되었으며, 이는 벌크 크리스탈에 대한 하향식 기술로 얻은 것보다 10~50배 더 얇았다. 딥 코팅 증착 조건, 습도 및 온도를 최적화하여 연속 나노구조화 결정석막과 하향식 리소그래피기법(17)의조합으로 완벽한 나노임프린팅 패턴을 모두 달성할 수 있었다. 특히, 부드러운 나노 임프린트 리소그래피 (NIL)는 저비용, 대규모 제조 및 벤치탑 장비 기반 공정입니다. 하향식 및 상향식 접근 방식을 결합한 소프트 NIL의 적용은 실리콘에 에피택시 석영 나노필라 어레이를 생성하여 기둥 직경, 높이 및 인터필라 거리를 정밀하게 제어하는 열쇠입니다. 또한, 생물학적 적용을 위해 보로실리케이트 유리에 제어된 형상, 직경 및 주기성을 가진 실리카 나노필라의 제조는 에피택시 석영박막(18)의부드러운 NIL을 커스터마이징하여 수행되었다.
지금까지, 그것은 압전 나노 구조α 석영 MEMS의 온 칩 통합에 대 한 가능 하지 않은. 여기서는 재료에서 장치 제작에 이르는 상세한 엔지니어링 경로를 그립니다. SOI기판(19)에 압전 석영 캔틸레버를 방출하고 일부 특성화 결과와 함께 압전 물질로서의 반응을 논의하기 위해 물질의 물질 합성, 소프트 NIL 및 미세 제조를 위한 모든 단계를 설명하고 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Acetone</td><td>Honeywell Riedel de Ha&amp;euml;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>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;SO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Honeywell Fluka</td><td>UN 1830</td><td></td></tr><tr><td>Isopropyl alcohol</td><td>Honeywell Riedel de Ha&amp;euml;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

이 작품에서는 최초의 압전 나노 구조의 에피택시 쿼츠 기반 마이크로 캔틸레버의 상세한 엔지니어링 경로를 보여줍니다. 우리는 재료에서 장치 제조에 이르는 프로세스의 모든 단계를 설명합니다. SOI(100) 기판에 대한 α 쿼츠 필름의 상피 성장은 스트론튬 도핑 실리카 솔젤의 제조로 시작하여 실온에서 대기 조건하에서 딥 코팅 기술을 사용하여 박막 형태로 SOI 기판으로 이 젤의 증착을 계속한다. 겔 필름의 결정화 전에 나노 스트류레이션은 나노 인쇄 리소그래피 (NIL)에 의해 필름 표면에 수행됩니다. 에피택시 필름의 성장은 1000°C에서 도달하여 패턴 젤 필름의 완벽한 결정화를 유도합니다. 석영 결정 캔틸레버 장치의 제조는 미세 제조 기술에 기초한 4 단계 공정입니다. 이 공정은 석영 표면을 형성하는 것으로 시작하여 전극의 금속 증착을 따릅니다. 실리콘을 제거한 후, 캔틸레버는 SOI 기판에서 방출되어 실리콘과 석영 사이에 SiO2를 제거합니다. 장치 성능은 비접촉 레이저 진동계(LDV) 및 원자력 현미경 검사법(AFM)에 의해 분석된다. 제조된 칩에 포함된 다양한 캔틸레버치 중, 이 작품에서 분석된 나노구조식 캔틸레버는 40μm 의 크기와 100μm 길이의 치수를 나타내고 600nm 두께의 패턴 쿼츠 층(나노기둥 직경 및 분리 거리 400nm 및 1mμ)으로 제작되었다. 측정된 공진 주파수는 267kHz이고 전체 기계적 구조의 Q는 낮은 진공 조건에서 Q~398이었다. 우리는 두 기술 (즉, AFM 접촉 측정 및 LDV)을 사용하여 캔틸레버의 전압 의존선형 변위를 관찰했습니다. 따라서 이러한 장치가 간접 압전 효과를 통해 활성화될 수 있음을 증명한다.

재료 합성 및 장치 제조의 진행(그림 1참조)은 실제 이미지와 다른 단계를 모니터링하여 괄호로 묘사되었다. 미세 제조 과정 후, 우리는 현장 방출 스캐닝 전자 현미경 검사(FEG-SEM)이미지(도 2a-c)를사용하여 나노구조화 캔틸레버의 양상을 관찰하였다. 2D 마이크로 X선 회절은 캔틸레버의 상이한 스태킹 층의 결정성을 조절하였다(도<strong class...

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

이 작품은 실리콘 온 절연체(SOI) 기술 기판상에서 나노구조α-쿼츠 캔틸레버의 미세제조를 위한 상세한 프로토콜을 제시하며, 딥 코팅 방법으로 석영막의 상피 성장에서 시작하여 나노임프프린트 리소그래피를 통해 박막의 나노스트루크화를 한다.

실리콘에 에피 택시 나노 구조α 석영 필름: 재료에서 새로운 장치에

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

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Engineering

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

5.3K 조회수.  Université de Montpellier. 이 작품은 실리콘 온 절연체(SOI) 기술 기판상에서 나노구조α-쿼츠 캔틸레버의 미세제조를 위한 상세한 프로토콜을 제시하며, 딥 코팅 방법으로 석영막의 상피 성장에서 시작하여 나노임프프린트 리소그래피를 통해 박막의 나노스트루크화를 한다.

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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.

Plasmonic 강화된 라이트 - 트래핑과 다결정 실리콘 박막 태양 전지

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

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

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

액체 환경에서의 펄스 자외선 레이저 조사에 의한 실리콘 표면의 젖음성의 선택 영역 수정

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

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 ...

Preparation of Macroporous Epitaxial Quartz Films on Silicon by Chemical Solution Deposition

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step process based on the preparation of a sol in a one-pot synthesis which is followed by the deposition of a gel film on Si(100) substrates by evaporation induced self-assembly using the dip-coating technique and ends with a thermal treatment of the material to induce the gel crystallization and the growth of the quartz film. The formation of a silica gel is based on the reaction of a tetraethyl orthosilicate and water, catalyzed by HCl, in ethanol. However, the solution contains two additional components that are essential for preparing mesoporous epitaxial quartz films from these silica gels dip-coated on Si. Alkaline earth ions, like Sr2+ act as glass melting agents that facilitate the crystallization of silica and in combination with cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) amphiphilic template form a phase separation responsible of the macroporosity of the films. The good matching between the quartz and silicon cell parameters is also essential in the stabilization of quartz over other SiO2 polymorphs and is at the origin of the epitaxial growth.

A protocol is presented for the preparation of piezoelectric macroporous epitaxial films of quartz on silicon by solution chemistry using dip-coating and thermal treatments in air.

화학 용액 증착에 의해 실리콘에 거대 다공성 에피 택셜 석영 필름의 제조

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step ...

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 ...

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical photocatalytic structures. However, the influence of such chemical bonding on the optical and surface properties of the photocatalyst and thus its photocatalytic activity/reaction selectivity behavior has not been systematically studied. In this investigation, TiO2 has been supported on the surface of SiO2 by means of two different methods: (i) by the in situ formation of TiO2 in the presence of sand quartz via a sol-gel method employing tetrabutyl orthotitanium (TBOT); and (ii) by binding the commercial TiO2 powder to quartz on a surface silica gel layer formed from the reaction of quartz with tetraethylorthosilicate (TEOS). For comparison, TiO2 nanoparticles were also deposited on the surfaces of a more reactive SiO2 prepared by a hydrolysis-controlled sol-gel technique as well as through a sol-gel route from TiO2 and SiO2 precursors. The combination of TiO2 and SiO2, through interfacial Ti-O-Si bonds, was confirmed by FTIR spectroscopy and the photocatalytic activities of the obtained composites were tested for photocatalytic degradation of NO according to the ISO standard method (ISO 22197&#8722;1). The electron microscope images of the obtained materials showed that variable photocatalyst coverage of the support surface can successfully be achieved but the photocatalytic activity towards NO removal was found to be affected by the preparation method and the nitrate selectivity is adversely affected by Ti-O-Si bonding.

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

The focus of the present work is to establish means to generate and quantify levels of Ti-O-Si linkages and to correlate these with the photocatalytic properties of the supported TiO2.

TiO에서의 계면 화학 결합의 효과<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; 광촉매 NOx 저감 성능 복합 재료

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

에 대한 소설 방법<em&gt; 현장에서</em&gt; 나노 크기 시편의 전자 기계적 특성 분석

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

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 ...

실리콘에 에피 택시 나노 구조α 석영 필름: 재료에서 새로운 장치에

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