This work was supported by the Department of Energy under the FPACE program (DE-EE0005398), the Ohio State University Institute for Materials Research, and the Ohio Office of Technology Investments&#8217; Third Frontier Program.

Este protocolo foi escrito com a suposição de que o leitor terá um entendimento de trabalho de operação padrão SEM. Dependendo do fabricante, modelo e versão de software até mesmo, cada SEM pode ter significativamente diferentes interfaces de hardware e / ou software. O mesmo pode ser dito em relação à configuração interna do instrumento; o operador deve ser cauteloso e atento ao seguir este protocolo, como até mesmo mudanças relativamente pequenas no tamanho da amostra / geometria, a orientação da amostra (inclinação, rotação), e distância de trabalho, pode apresentar um risco para fazer contato com a peça de pólo, especialmente se não à altura eucentric. As instruções fornecidas aqui são para o instrumento utilizado para realizar este trabalho, a FEI Sirion SEM equipado com um canhão de emissão de campo e um padrão, pólo peça montada, anular detector Si backscatter. Portanto, é imperativo que o leitor a compreender como executar as acções equivalentes no seu próprio equipamento específico. </p&gt; Preparação 1. Amostra <ol><li> Amostra Cleave, gap / Si para este estudo, para um tamanho adequado, dependendo do tamanho da amostra SEM de montagem que é para ser usado. Nota: A amostra pode ser tão pequena quanto 5 mm x 5 mm ou tão grande como uma bolacha completo (4 polegadas de comprimento), de acordo com a geometria interna do SEM usado e a superfície da câmara das amostras space.The disponível deve ser muito limpo e livre de contaminação que poderia perturbar a canalização (ex., cristalino ou óxidos nativos amorfos). </li><li> Colocar a amostra para a amostra SEM montagem. Nota: O método de montagem pode mudar, dependendo do tipo de topo utilizados SEM, tipicamente quer um estilo de clipe ou através de algum adesiva (por exemplo, fita de carbono, tinta de prata.). O método de colocação tem de assegurar que a amostra não se move e que está electricamente ligado à terra para evitar o carregamento de amostra. </li></ol> 2. Coloque Amostra <ol><li> Ventile o SEM, clicando no botão &#39;vent&#39; nainterface de software e insira a amostra depois de atingir a pressão atmosférica. </li><li> Antes de fechar a porta SEM, garantir que a amostra é a uma altura adequada, de modo a não atingir o detector BSE ao mudar-se para o SEM. </li><li> Pump down a SEM, clicando no botão &#39;bomba&#39; na interface do software. Espere até que o sistema indica que a pressão é suficientemente baixa para iniciar as medições. </li></ol> 3. Definir condições de trabalho adequadas <ol><li> Ligue o feixe de elétrons através do botão de controle na área de controle &#39;feixe&#39; e definir a tensão de aceleração via menu drop-down o &#39;feixe&#39; na interface do software. Para o trabalho aqui apresentado, foi utilizado 25 kV. </li><li> Ajuste a corrente de feixe para um valor adequado através do menu drop-down &#39;feixe&#39;. Isso é determinado dentro do sistema utilizado aqui por meio da definição do tamanho do local, que foi definido como 5 (cerca de 2,4 nA). Nota: atual alta do feixe é tipicamente necessário because o sinal ECCI é geralmente fraco e maior corrente permite uma imagem mais distinguíveis. </li><li> Usando o detector de electrões secundário, ajustar o foco da imagem e stigmation através da interface de software. Nota: Este é realizada aqui por-clique direito e arrastando o mouse na interface do software; verticais para foco, horizontal para stigmation. Além disso, é geralmente útil para encontrar uma partícula pequena ou característica de superfície sobre a amostra para proporcionar um assunto claro para o ajuste do foco / stigmation. </li><li> Mover a amostra para a distância de trabalho vertical, de forma incremental alterando a posição Z da fase e ajustar o foco e stigmation conforme necessário. A posição Z é alterada através do menu drop-down &#39;Z&#39; na área de controle do &quot;palco&quot; da interface do software. Para o trabalho descrito aqui, uma distância de trabalho de cinco milímetros colocou a mesma na altura eucentric e previa um sinal ECCI forte. </li></ol> 4. Visualize Amostra ECP &lt;ol&gt; <li> Alternar para o modo de BSE através do menu drop-down &#39;Detectores&#39; na interface do software. </li><li> Diminuir a ampliação de sua configuração mais baixa (27x), que é feito aqui através do teclado do computador de menos (-) Tecla, para visualizar a ECP. </li><li> Ajustar a taxa de varredura, feito aqui através do menu drop-down o &#39;Scan&#39;, para fornecer uma imagem com (por exemplo., Varredura lenta em vez do modo TV) suficiente sinal-ruído. Nota: Média ou integrar a imagem pode ser necessário para obter uma imagem mais clara, mais perceptível. </li><li> Ajuste o contraste da imagem e brilho, realizado aqui através do &quot;Contraste&quot; e sliders &quot;brilho&quot;, para ajudar a aumentar a visibilidade da ECP, tomando cuidado para não saturar. </li><li> Ajuste a rotação da amostra e inclinação, usando o &#39;R&#39; e entradas &#39;T&#39; na área de controle &#39;Palco&#39; na interface do software, para ajudar a fazer características do padrão de canalização mais aparente. Amostra rotatião irá resultar numa rotação da ECP (como mostrado na Figura 2) e de inclinação vai resultar em uma tradução da ECP (como mostrado na Figura 3). </li></ol> 5. defeitos de imagem / caraterísticas <ol><li> Ajustar a inclinação e rotação da amostra, tal como descrito na etapa 4.5, para definir a condição de difracção desejado. Conseguir isso através da tradução e / ou girar o ECP para alinhar o limite de banda de Kikuchi-alvo (ou seja, ponto de inflexão entre a banda Kikuchi brilhante e seus associados escuro linha Kikuchi) com o eixo óptico SEM. Enquanto canalização máxima realmente ocorre na linha de Kikuchi, alinhando no método descrito aqui fornece contraste para visualização defeitos com ambos os níveis de contraste escuras e brilhantes (ver Figuras 4 e 5). </li><li> Uma vez que o estado de difracção desejado seja alcançado, aumentar a ampliação, aqui feito através do teclado tecla mais (+). </li><li> Recentrar imagem e para ajustar stigmation, tal como descrito na etapa 3.2. Nota: Aqui, o focus e stigmation é melhor ajustado em relação ao defeito / característica específica que está sendo trabalhada. </li><li> Porque pequenos desvios em relação à extremidade da banda pode fazer grandes diferenças na aparência do defeito alvo ou característica, optimizar a condição de difracção, fazendo pequena (não mais do que ajustamentos para a inclinação da amostra ortogonalmente para a banda Kikuchi / linha de interesse, enquanto assistir a um recurso específico para o contraste máximo. Note-se que se deslocam para o interior da banda Kikuchi vai tipicamente reduzir o contraste relativa de características &quot;brilhante&quot;, enquanto se move para o lado de fora da banda (para a linha de Kikuchi) será tipicamente reduzir o contraste relativo de recursos de &quot;dark&quot;. </li><li> Uma vez que o contraste desejado é obtido, diminuir a ampliação para verificar que a mesma banda ainda está no ou muito perto do eixo óptico; demasiada inclinação pode mudar completamente a condição de difração. </li></ol>

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N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+channeling+contrast+imaging+of+atomic+steps+and+threading+dislocations+in+4H-SiC.">Electron channeling contrast imaging of atomic steps and threading dislocations in 4H-SiC.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (23), 234101 (2007).</li><li>Picard, Y., 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+SiC+Growth+Morphology+and+Extended+Defects+Investigated+by+Electron+Backscatter+Diffraction+and+Electron+Channeling+Contrast+Imaging.">Epitaxial SiC Growth Morphology and Extended Defects Investigated by Electron Backscatter Diffraction and Electron Channeling Contrast Imaging.</a> J. Electron. Mater. 37 (5), 691-698 (2008).</li><li>Wilkinson, A. 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Lett. 63 (18), 2543-2545 (1993).</li><li>Weidner, A., Martin, S., Klemm, V., Martin, U., Biermann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stacking+faults+in+high-alloyed+metastable+austenitic+cast+steel+observed+by+electron+channelling+contrast+imaging.">Stacking faults in high-alloyed metastable austenitic cast steel observed by electron channelling contrast imaging.</a> Scripta Mater. 64 (6), 513-516 (2011).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Uma voltagem de aceleração de 25 kV foi utilizada para este estudo. A voltagem de aceleração irá determinar a profundidade de penetração do feixe de electrões; com maior tensão de aceleração, haverá sinal BSE proveniente de profundidades maiores presentes na amostra. A alta tensão de aceleração foi escolhido para este sistema, uma vez que permite a visibilidade de deslocamentos que estão longe da superfície da amostra, enterrado na interface. Outros tipos de defeitos / características podem ser mais ou...

Caracterização detalhada de defeitos cristalinos e microestrutura é um aspecto extremamente importante de materiais semicondutores e investigação dispositivo uma vez que tais defeitos podem ter um impacto significativo, prejudicial sobre o desempenho do dispositivo. Atualmente, microscopia eletrônica de transmissão (TEM) é a técnica mais amplamente aceito e utilizado para a caracterização detalhada dos defeitos estendidos - luxações, falhas de empilhamento, gêmeos, domínios antifase, etc. - porque permite a imagem latente direta de uma ampla variedade de defeitos com amplo resolução espacial. Infelizmente, TEM é uma abordagem fundamentalmente baixo rendimento devido a longos tempos de preparação de amostras, que podem levar a atrasos e gargalos significativos em ciclos de pesquisa e desenvolvimento. Além disso, a integridade da amostra, tal como em termos de tensão como o estado adulto, pode ser alterada durante a preparação da amostra, deixando a oportunidade para resultados adulterados. Electron canalização coimagiologia ntrast (ECCI) é um complementares, e, em alguns casos, um potencial superior ao MET técnica, uma vez que proporciona uma abordagem alternativa, de alto rendimento para a imagiologia dos mesmos defeitos extensos. No caso de materiais epitaxiais, amostras precisam de pouca ou nenhuma preparação, tornando ECCI muito mais eficiente do tempo. Além disso vantajoso é o facto de ECCI requer apenas um campo de emissão de electrões de varrimento microscópio (SEM) equipada com uma peça de pólo anelar padrão de electrões retroespalhamento (BSE) detector de montado; geometria forescatter também pode ser usado, mas requer equipamento especializado e um pouco mais não é discutida aqui. O sinal ECCI é composta de elétrons que foram inelasticamente espalhados para fora do feixe em curso canalizada (elétron de frente de onda), e através de vários eventos adicionais de espalhamento inelástico, são capazes escapar da amostra de volta através da superfície. 1 Semelhante a dois- feixe de MET, é possível realizar ECCI em condições específicas de difracção no SEM por orieNTING a amostra de forma que os satisfaz feixes electrónicos incidente uma condição Bragg cristalográfica (ou seja, canalizando), conforme determinado usando elétrons de baixa ampliação canalização padrões (PAEs); 1,2 ver Figura 1 para um exemplo. Simplesmente, as PAE oferecem uma representação orientação espaço-de feixe de elétrons incidente difração / canalização. 3 linhas escuras resultantes de sinal de baixa backscatter indicar orientações feixe de amostras, caso estejam preenchidas as condições de Bragg (ie., Linhas de Kikuchi), que produz forte canalização, enquanto o regiões brilhantes indicam alta de retroespalhamento, condições não-difracção. Ao contrário de padrões de Kikuchi produzidos via difração de elétrons retroespalhados (EBSD) ou TEM, que são formados através de difração de elétrons de saída, as PAE são resultado de elétron incidente difração / canalização. Na prática, as condições controladas para ECCI difracção são obtidos por ajustamento da orientação da amostra, via de inclinação e / ou rotação em pequeno aumento, de tal forma que o recurso ECP representando a condição de Bragg bem definidas de interesse - por exemplo, um [400] ou [220] Kikuchi banda / linha - é coincidente com o eixo óptico do SEM . A transição para alta ampliação, em seguida, devido à restrição resultante da gama angular do feixe de electrões incidente, seleciona eficazmente um sinal para BSE que, idealmente, corresponde apenas à dispersão a partir da condição de difracção escolhido. Desta maneira, é possível observar defeitos que proporcionam contraste de difracção, tal como luxações. Assim como em TEM, o contraste de imagem apresentada por esses defeitos é determinada pelo critério de invisibilidade padrão, g · (b x u) = 0 e g · b = 0, em que G representa o vector de difracção, o vector b Burgers, e u a linha de direção. 4 Estefenômeno ocorre porque os elétrons única difratadas de aviões distorcidas pelo defeito irá conter informações sobre o referido defeito. Até à data, tem sido predominantemente ECCI usadas para características e defeitos da imagem perto ou na superfície da amostra para tais materiais funcionais como GaSb, 5 SrTiO 3, 5 GaN, SiC 6-9 e 10,11. Esta limitação é o resultado da superfície sensível a natureza do sinal de ECCI si, em que a BSE que compõem o sinal vindo de um intervalo de profundidade de cerca de 10-100 nm. A contribuição mais importante para esta limite de resolução de profundidade que é de alargamento e de amortecimento do curso em frente de onda de electrões (canalizados electrões), como uma função de profundidade dentro do cristal, devido à perda de electrões para eventos de dispersão, o que reduz o sinal BSE potencial máximo. 1 Contudo, um certo grau de resolução de profundidade tem sido relatada em trabalhos anteriores sobre Si 1-x x Ge / Si eEm Ga x 1-x As heteroestruturas / GaAs, 12,13, bem como, mais recentemente (e aqui) pelos autores em heteroestruturas GaP / Si, 14, onde ECCI foi usada para deslocamentos imagem desajuste enterrado na interface heteroepitaxiais lattice-mismatched em profundidades de até 100 nm (com profundidades superiores provável possíveis). Para o trabalho detalhado aqui, ECCI é usado para estudar GaP epitaxialmente cultivadas em Si (001), um sistema de integração complexa materiais com aplicação em direção a áreas como a energia fotovoltaica e optoelectrónica. GaP / Si é de particular interesse como uma via potencial para a integração de metamórfica semicondutores III-V (lattice-mismatched) sobre substratos de Si de baixo custo. Por muitos anos os esforços neste sentido foram flagelados pela geração descontrolada de um grande número de defeitos relacionados heterovalent nucleação, incluindo domínios antifase, falhas de empilhamento, e microtwins. Tais defeitos são prejudiciais para o desempenho do dispositivo, espefotovoltaica cialmente, devido ao fato de que eles podem ser eletricamente ativos, agindo como centros de recombinação transportadora, e também pode dificultar interfacial luxação glide, levando a densidades mais altas de deslocamento. 15 No entanto, os recentes esforços por parte dos autores e outros têm levado ao desenvolvimento bem sucedido epitaxiais de processos que podem produzir GAP-em-Si filmes livre desses defeitos de nucleação relacionados, 16-19 preparando assim o caminho para o progresso continuado. No entanto, por causa da pequena, mas não desprezível, incompatibilidade de rede entre lacuna e Si (0,37% em RT), a geração de deslocamentos desajuste é inevitável, e de fato necessário para produzir epilayers totalmente relaxado. Gap, com sua estrutura de blenda de zinco à base de FCC, tende a produzir 60 ° luxações tipo (borda mista e parafuso) sobre o sistema de deslizamento, que são glissile e pode aliviar grandes quantidades de tensão através de comprimentos de deslizamento líquidas longas. Complexidade adicional é também introduzido por um desequilíbrio naLacuna e Si coeficientes de expansão térmica, o que resulta num aumento da incompatibilidade reticulado com o aumento da temperatura (isto é., ≥ 0,5% desajuste a temperaturas típicas de crescimento). 20 Uma vez que os segmentos de deslocamento de encadeamento que compõem o restante do ciclo desajuste deslocamento (juntamente com o desajuste interfacial ea superfície do cristal) são bem conhecidos por suas propriedades de recombinação transportadora não-radiativos associados, e desempenho do dispositivo, portanto, degradada, 21 é importante para compreender plenamente a sua natureza e evolução de tal modo que os seus números podem ser minimizados. Caracterização detalhada das luxações desajuste interfacial pode, assim, fornecer uma quantidade substancial de informações sobre a dinâmica de deslocamento do sistema. Aqui, descrevemos o protocolo de utilização de SEM para executar ECCI e dar exemplos de suas capacidades e pontos fortes. Uma distinção importante aqui é a utilização de ECCI para executar caracteri microestruturalzação do tipo normalmente realizado através TEM, enquanto ECCI fornece os dados equivalentes, mas em um período de tempo significativamente menor devido às suas reduzidas significativamente as necessidades de preparação de amostras; no caso de amostras epitaxiais com superfícies lisas relativamente, há efetivamente nenhuma preparação da amostra necessário em tudo. O uso de ECCI para caracterização geral de defeitos e deslocações desajuste é descrita, com alguns exemplos de defeitos cristalinos observados prestados. O impacto dos critérios de invisibilidade sobre o contraste de imagem observado de uma série de deslocamentos de desajuste interfacial, é em seguida descrito. Isto é seguido por uma demonstração de como ECCI pode ser utilizado para realizar os modos importantes de caracterização - neste caso, um estudo para determinar a espessura de espaço-de-Si crítico para a deslocação nucleação - fornecimento de dados de MET semelhante, mas com a conveniência de um SEM e em significativamente reduzido período de tempo.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sirion Field Emission SEM</td>
			<td>FEI/Phillips</td>
			<td>516113</td>
			<td>Field emission SEM with beam voltage range of 200 V - 30 kV, equipped with a backscattered electron detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample of Interest</td>
			<td>Internally produced</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Synthesized/grown in-house via MOCVD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PELCO SEMClip</td>
			<td>Ted Pella, Inc.</td>
			<td>16119-10</td>
			<td>Reusable, non-adhesive SEM sample stub (adhesive attachment will also work)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electron channeling contrast imaging for rapid iii-v heteroepitaxial characterization

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging (ECCI) in a scanning electron microscope (SEM). ECCI allows for imaging of defects and crystallographic features under specific diffraction conditions, similar to that possible via plan-view transmission electron microscopy (PV-TEM). A particular advantage of the ECCI technique is that it requires little to no sample preparation, and indeed can use large area, as-produced samples, making it a considerably higher throughput characterization method than TEM. Similar to TEM, different diffraction conditions can be obtained with ECCI by tilting and rotating the sample in the SEM. This capability enables the selective imaging of specific defects, such as misfit dislocations at the GaP/Si interface, with high contrast levels, which are determined by the standard invisibility criteria. An example application of this technique is described wherein ECCI imaging is used to determine the critical thickness for dislocation nucleation for GaP-on-Si by imaging a range of samples with various GaP epilayer thicknesses. Examples of ECCI micrographs of additional defect types, including threading dislocations and a stacking fault, are provided as demonstration of its broad, TEM-like applicability. Ultimately, the combination of TEM-like capabilities &#8211; high spatial resolution and richness of microstructural data &#8211; with the convenience and speed of SEM, position ECCI as a powerful tool for the rapid characterization of crystalline materials.

The Gap / amostras de Si para este estudo foram cultivadas por deposição de vapor químico metal-orgânico (MOCVD) em um Aixtron 3 × 2 close-acoplado reactor ducha seguinte processo heteroepitaxiais dos anteriormente relatados autores. 17 Todos os crescimentos foram realizados em 4 polegadas Si ( 001) substratos com misorientation intencional (offcut) de 6 ° na direção [110]. Todos ECCI imagiologia foi realizada em amostras como cultivados sem mais preparação de amostras de qualquer natureza (além de...

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Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

Electron Canalização Contraste de imagem para Rápido III-V heteroepitaxiais Caracterização

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

10.9K visualizações.  The Ohio State University. The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

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Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold molecular beams. However, these beams often contain multiple conformers and clusters, even at low rotational temperatures. We present an experimental methodology that allows the spatial separation of these constituent parts of a molecular beam expansion. Using an electric deflector the beam is separated by its mass-to-dipole moment ratio, analogous to a bender or an electric sector mass spectrometer spatially dispersing charged molecules on the basis of their mass-to-charge ratio. This deflector exploits the Stark effect in an inhomogeneous electric field and allows the separation of individual species of polar neutral molecules and clusters. It furthermore allows the selection of the coldest part of a molecular beam, as low-energy rotational quantum states generally experience the largest deflection. Different structural isomers (conformers) of a species can be separated due to the different arrangement of functional groups, which leads to distinct dipole moments. These are exploited by the electrostatic deflector for the production of a conformationally pure sample from a molecular beam. Similarly, specific cluster stoichiometries can be selected, as the mass and dipole moment of a given cluster depends on the degree of solvation around the parent molecule. This allows experiments on specific cluster sizes and structures, enabling the systematic study of solvation of neutral molecules.

We present a technique that allows the spatial separation of different conformers or clusters present in a molecular beam. An electrostatic deflector is used to separate species by their mass-to-dipole moment ratio, leading to the production of gas-phase ensembles of a single conformer or cluster stoichiometry.

Separação Espacial de Conformadores Moleculares e Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Engenharia

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.

Silicon Metal-Óxido-semiconductor Quantum Dots para bombear-elétron único

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

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve the solar conversion efficiency of a concentrated photovoltaic system. The proposed system will also lower the solar cell cost in the concentrated photovoltaic system by replacing the expensive tandem solar cells with the cost-effective single junction solar cells. The structures and the parameters of high contrast gratings for the dispersive elements were numerically optimized. The large-area fabrication of high contrast gratings was experimentally demonstrated using nanoimprint lithography and dry etching. The quality of grating material and the performance of the fabricated device were both experimentally characterized. By analyzing the measurement results, the possible side effects from the fabrication processes are discussed and several methods that have the potential to improve the fabrication processes are proposed, which can help to increase the optical efficiency of the fabricated devices.

The fabrication of high contrast gratings as the parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system is demonstrated. Fabrication processes including nanoimprint lithography, TiO2 sputtering and reactive ion etching are described. Reflectance measurement results are used to characterize the optical performance.

Fabricação de grades de alto contraste para o Splitting Spectrum dispersivo Elemento em um sistema fotovoltaico concentrado

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

O uso de um compartimento Multi-dinâmica única enzima Fantasma de Estudos de hyperpolarized agentes Ressonância Magnética

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Caracterização abrangente de Defeitos estendidos em Materiais Semicondutores por um Microscópio Eletrônico de Varredura

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators. One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator. This modulator is particularly well suited for holographic video experimentation as it is relatively simple and inexpensive to fabricate1-3. Some additional advantages of leaky mode devices include: large aggregate bandwidth, polarization separation of signal light from noise, large angular deflection and frequency control of color1. In order to realize these advantages, it is necessary to be able to adequately characterize these devices as their operation is strongly dependent on waveguide and transducer parameters4. To characterize the modulators, the authors use a commercial prism coupler as well as a custom characterization apparatus to identify guided modes, calculate waveguide thickness and finally to map the device's frequency input and angular output of leaky mode modulators. This work gives a detailed description of the measurement and characterization of leaky mode modulators suitable for full-color holographic video.

This work describes fabrication and characterization of anisotropic leaky mode modulators for holographic video.

Caracterização de anisotrópicos Leaky Modo moduladores para Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

Electrochemical Etching and Characterization of Sharp Field Emission Points for Electron Impact Ionization

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. The results of studies in which the etching current and the molarity of the NaOH solution used in the etching process were varied are presented. The investigation of the geometry of the tips, by imaging them with a scanning electron microscope, and by operating them in field emission mode is also described. The field emission tips produced are intended to be used as an electron beam source for ion production via electron impact ionization of background gas or vapor in Penning trap mass spectrometry applications.

A method for electrochemically etching field emission tips is presented. Etching parameters are characterized and the operation of the tips in field emission mode is investigated.

Electrochemical Gravura e Caracterização de pontas afiadas Field Emission for Electron Impact Ionização

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by employing an aberration-corrected scanning transmission electron microscope as the exposure tool. Here, we present results of single-digit nanometer patterning of two widely used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. The method achieves sub-5 nanometer features in poly (methyl methacrylate) and sub-10 nanometer resolution in hydrogen silsesquioxane. High-fidelity transfer of these patterns into target materials of choice can be performed using metal lift-off, plasma etch, and resist infiltration with organometallics.

We use an aberration-corrected scanning transmission electron microscope to define single-digit nanometer patterns in two widely-used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. Resist patterns can be replicated in target materials of choice with single-digit nanometer fidelity using liftoff, plasma etching, and resist infiltration by organometallics.

Litografia de feixe de elétrons do nanômetro do dígito com uma aberração corrigida digitalização microscópio eletrônico de transmissão

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft engines. However, developing VCE requires high costs. Thus, it is essential to build a mathematical model when developing an aircraft engine, which may avoid a large number of real tests and reduce the cost dramatically. Modeling is also crucial in control law development. In this article, based on a graphical simulation environment, a rapid method for modeling a double bypass variable cycle engine using object-oriented modeling technology and modular hierarchical architecture is described. Firstly, the mathematical model of each component is built based on the thermodynamic calculation. Then, a hierarchical engine model is built via the combination of each component mathematical model and the N-R solver module. Finally, the static and dynamic simulations are carried out in the model and the simulation results prove the effectiveness of the modeling method. The VCE model built through this method has the advantages of clear structure and real-time observation.

Here, we present a protocol to build a component-level mathematical model for a variable cycle engine.

Um método rápido para modelar um mecanismo de ciclo variável

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Desenvolvimento de método para estudos espectroscópicos dielétricos de cavidade ressonante sem contato de papel Celulóico

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...