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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Epitaxial Nanostructured Î±-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices at JoVE.com

Bu çalışma Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve inovasyon programı (No.803004) kapsamında Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) tarafından finanse edildi.

1. Çözeltinin hazırlanması
<ol><li>Jel filmlerin üretiminden 18 saat önce, laboratuvar dengesinin ve manyetik karıştırıcının yer aldığı bir duman davlumbazında prehidrolizlenmiş tetraetil ortosilikat (TEOS) içeren bir çözelti hazırlayın.<ol>
<li>50 mL şişeye 0,7 g polietilen glikol heksadecyl eter (Brij-58) ve 23,26 g etanol ekleyin ve şişenin kapağını kapatın ve Brij tamamen çözünene kadar karıştırın.</li>
		<li>Adım 1.1.1'de şişeye% 35 HCl 1.5 g ekleyin, kapatın ve 20 s karıştırın.</li>
		<li>1.1.2 adımında şişeye 4.22 g TEOS ekleyin, kapatın ve 18 saat karıştırın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Jel filmlerin üretiminden hemen önce 1 M sulu Sr2+ çözeltisinin hazırlanması, çünkü olgunlaşmış bir çözelti Sr tuzu şeklinde yeniden çökelmeye duyarlıdır.<ol>
<li>10 mL hacimsel şişede2,67g SrCl 2 ·6H2O ağırlığındadır.</li>
		<li>1.2.1. adımda şişeye 10 mL'ye kadar 10 mL ultra saf su (örneğin, Milli-Q) ekleyin ve şişeyi plastik bir kapakla kapatın ve stronsiyum klorürü çözmek için şişeyi hafifçe sallayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>1.1. adımda hazırlanan çözeltiyi içeren 10 mL şişeye 1 M sulu Sr2+ çözeltisinin 275 μL'sini ekleyin ve çözeltiyi 10 dakika karıştırın.</li>
</ol>2. Polidimetilsiloksan (PDMS) şablonlarının hazırlanması
<ol><li>1.3. adımdan sonra PDMS çözümünün hazırlanması.<ol>
<li>Kür maddesinin 1 kısmını elastomerin 10 parçasıyla dengedeki bir beherde karıştırın. Karışımı, kabarcıkların homojen bir dağılımını elde edene kadar bir cam çubukla karıştırın ve bir vakum odasında çıkarın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS çözümünü kullanarak silikon yöneticisini çoğaltın. Bu çalışma için çapları, yüksekliği ve ayırma mesafesi 1 μm olan sütunlardan oluşan silikon desenli bir usta kullandığımıza dikkat edin.<ol>
<li>Yapılandırılmış yüzü olan silikon anasını plastik bir kutuya koyun ve kutuyu PDMS çözümüyle doldurun.</li>
		<li>Sağlam bir PDMS şablonu elde etmek için plastik kutuyu 2 saat boyunca 70 °C'de fırına sokun.</li>
		<li>PDMS şablonunu ve silikon yöneticisini ayırın. PDMS şablonını bir bıçak kullanarak istediğiniz boyuta kesin ve temiz bir kutuda saklayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Soi (100) substratlarında dip kaplama ile jel film biriktirme
<ol><li>Substratların hazırlanması<ol>
<li>2/0,5/0,67 μm (Si/SiO 2/Si) kalınlığında 2 inç p tipi SOI gofreti elmas ucu kullanarak gofret düzlüne paralel veya dik bir yönde keserek 2 cm x6cm büyüklüğünde yüzeyler hazırlayın. Silikon cihaz katmanının iletkenliğinin 1 ila 10 Ω/cm arasında olması gerektiğine dikkat edin.</li>
		<li>Olası polimer kalıntılarını ortadan kaldırmak için alt tabakaları 20 dakika boyunca bir piranha çözeltisine sokun.</li>
		<li>DI suyu ile temizleyin, sonra etanol ile temizleyin ve kurumasına veya azot akışı kullanmasına izin verin. Bu adım, 1.3 adımından hemen sonra gerçekleştirilmelidir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Önceden hidrolizlenmiş tetraetil ortosilikat (TEOS), Brij-58 sülfit ve SrCl2 6H 2O içeren bir çözeltinin birikmesi.<ol>
<li>Homojen bir silika film elde etmek için, daldırma kaplayıcı odasını bağıl nemde% 40 ve 25 ° C sıcaklıkta ayarlayın.</li>
		<li>Soi substratının altına dip-coater kolundan sarkan yaklaşık 5 cm x 1 cm x 8 cm büyüklüğünde bir beher yerleştirin ve daldırma ve çekme sırasında 300 mm/dk hıza sahip bir daldırma kaplama dizisi oluşturun. Daldırma süresini (son konumdaki süre) sıfıra ayarlayın.</li>
		<li>Kabı 1.3 adımda hazırlanan çözelti ile doldurun ve bağıl nem sıcaklığı, yani sırasıyla% 40 ve 25 ° C olana kadar bekleyin.</li>
		<li>Tek bir daldırma kaplaması yapın ve film homojen hale gelene kadar bekleyin.</li>
		<li>200 nm kalınlığı elde etmek için jel filmin konsilidasyonu için SOI substratını 5 dakika boyunca 450 ° C'de bir fırına soi substratı tanıtın.</li>
		<li>Yaklaşık 600 nm kalınlığında bir film üretmek için 3.2.3 ve 3.2.4 adımlarını iki kat daha fazla tekrarlayın. Çözeltinin stabilitesini sağlamak için 1 saat içinde tekrarlayan bir işlem yapılmalıdır.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Yumuşak baskı litografi ile yüzey mikro / nanoyapı
<ol><li>Film yüzeyindeki mikro/nano yapıları % 40 ve 25 °C sıcaklık bağıl nem koşullarında hazırlayın.<ol>
<li>SOI substrata yeni bir film yatırmak için 3.2.3 adımlarını tekrarlayın.</li>
		<li>3.2.1 adımından sonra SOI substratını düz bir yüzeye yerleştirin ve sol jel buharlaşırken 2.2.</li>
		<li>PDMS kalıbı ile SOI substratını 1 dakika boyunca 70 °C'de bir fırına ve ardından 140 °C'de ikinci bir fırına 2 dakika koyun. Sonra soğumaya bırakın.</li>
		<li>SOI substratında mikro/nanoyapılı jel film elde etmek için PDMS kalıbını çıkarın.</li>
		<li>600 nm yüksekliğinde bir mikro/nanoyapılı jel filmi birleştirmek için SOI substratını 5 dakika boyunca 450 °C'de bir fırına soi substratını takın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Termal işlemle jel film kristalizasyonu
<ol><li>Soi (100) üzerinde jel filmlerin termal tedavisi.<ol>
<li>Borulu fırın ısıtmasını oda sıcaklığından 1000 °C'ye programlayın.</li>
		<li>Seramik bir tekneye yerleştirilen numuneyi 5 saat boyunca 1000 °C'de fırına sokun. Fırını hava ile doyurmak için tüm termal işlem sırasında borulu çalışma tüpünü kapatmayın. Son olarak, herhangi bir programlanmış rampa olmadan fırını soğutarak oda sıcaklığına ulaşın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Litografi maske düzeninin tasarımı
Bu işlemde kullanılan maske, epitaksiyel nanoyapılı kuvars ile SOI substratında bir cihaz imalatı için özel olarak tasarlanmıştır. Tüm imalat işlemleri kuvars tarafında gerçekleştirilir. Maske, her adımda negatif tona direnç kullanılması gereken şekilde tasarlanmıştır. Maske, aşağıda açıklandığı gibi dört farklı adımda düzenlenmiştir.
<ol><li>Diyaframın şeklini ve ayrıca 30 μm x 30 μm kare şekil temas alanını belirlemek için kuvarsı şekillendirin. Örneğin, 120 μm x 160 μm alandan 40 μm x 100 μm boyutunda dikdörtgen şekilli kantilever alanı negatif dirençle korunur ve geri kalanı silikon tabakaya kadar kazınır.</li>
	<li>Üst ve alt elektrotları gerçekleştirin. Üst elektrot dikdörtgen şekilli kavilever alanı üzerinde, alt elektrot ise 30 μm x 30 μm kazınmış alan üzerindeki 2 μm kalınlığındaki silikon tabaka üzerinde desenlenmiştir. Üst temasın genişliği desenli samimiyet alanından 4 μm daha küçüktür ve alt temasın boyutu adım 1'deki 30 μm x 30 μm kare şekilli kazınmış alandan daha büyüktür.</li>
	<li>Tüm 2 μm kalınlığındaki silikon katmanları dikdörtgen şeklindeki samimiyetçinin etrafına 120 μm x 160 μm U şeklindeki alana kazıyın. Kazınmış alan yine U şeklindedir, ancak son adımda dokunsal alanı HF saldırısından korumak için her iki taraftan 4 μm daha küçüktür.</li>
	<li>SiO2'ninBOE gravür ile cantilever'i serbest bırakın. Korunan cantilever alanı, gerçek cantilever alanından 2 μm daha büyüktür. En önemli kısım, cantileverin yüzeyini ve boşluklarını korumaktır.</li>
</ol>7. Cantilever mikrofabrikasyon işlemi için kuvars numunelerinin piranha çözeltisi ile temizlenmesi
<ol><li>Ortam sıcaklığında20mL sülfürik aside (H 2 SO4)yavaşça 10 mL hidrojen peroksit (H 2 O2)ekleyerek bir piranha çözeltisi hazırlayın. Bu karışım termal reaksiyon oluşturur.<ol>
<li>Tüm organik kalıntıları temizlemek için numuneleri 10 dakika boyunca bu çözeltinin içine koyun.</li>
		<li>Numuneleri DI suyu ile durulayın ve azotla kurulayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>8. Adım 1: Kuvars ince film üzerinde desenleme cantilever şekli
<ol><li>İlk litografi süreci<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Numuneleri 140°C'de 10 dakikalık nem alma için sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>30 s için 4000 rpm hızında AZ2070 negatif fotoresist döndürün.</li>
		<li>Numuneleri 60 sn için 115 °C'de yumuşak bir şekilde sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Numuneyi 5 s için 37,5 mJ.cm-2 UV dozu ile ortaya çıkarın.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de pişirme sonrası pişirmek için sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>MIF 726 geliştiricisinde ortam sıcaklığında 100 sn geliştirin, ardından DI suyunda durulayın ve kuru nitrojeni üfleyin. Beklenen kalınlık 5,5 μm'dir.</li>
		<li>Numuneyi 125 °C'deki ocak üzerine 10 dakika boyunca koyun.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Kuvars tabakasının reaktif İyon Aşındırma (RIE)<ol>
<li>Kuvarsı, 60 sccm CHF 3, 20 sccm0 2ve 10 W RF gücünde 10 sccm Ar gaz akış hızına sahip RIE kullanarak silikon katmana kadar kazıyın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Direnen artıkların temizlenmesi<ol>
<li>Plazma ile 5 dakika boyunca 90 sccm 02 akış hızında temizleyin.</li>
		<li>İlk temizleme adımı yeterli değilse, numuneyi tüm dirençler giderilene kadar 80 °C'de çıkarıcı PG'de bırakın.</li>
		<li>Daha sonra, numuneyi 10 dakika boyunca bir piranha çözeltiye (20 mL sülfürik asit H2SO4 + 10 mL hidrojen peroksit H2O2)koyun. Daha sonra DI suyunda durulayın ve azotla kurulayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. Adım 2: Alt ve üst elektrotların gerçekleştirilmesi
<ol><li>İkinci litografi süreci<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Numuneleri 10 dakikalık nem alma için 140 °C'de sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Spin AZ2020 negatif fotoresist 30 s için 4000 rpm hızında.</li>
		<li>Numuneyi 60 s için 115 °C'de yumuşak bir şekilde sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Örneği 3 s için 23.25 mJ.cm-2 UV dozu ile maruz bırakın.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de pişirme sonrası pişirmek için sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>MIF 726 geliştiricisinde ortam sıcaklığında 50 sn geliştirin, ardından DI suyunda durulayın ve kuru nitrojeni üfleyin. Beklenen kalınlık 1,7 μm'dir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Üst ve alt elektrotlar için metal biriktirme.<ol>
<li>50 nm Krom'u 4 A/s ve 120 nm Platinum'u 2,5 A/s'de, elektron ışını buharlaşmasını 10-6 mbar'da biriktirin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Metal kaldırma<ol>
<li>Metal kaldırma başarılı olana kadar numuneleri önce asetonda ve ardından IPA'da bırakın.</li>
		<li>Numuneyi optik mikroskopla kontrol edin ve gerekirse, tüm metaller havaya uçana kadar numuneyi 80 °C'de çıkarıcı PG'de bırakın. Daha sonra DI suyunda durulayın ve kuru azot üfleyin.</li>
		<li>Adım 9.3.2 yeterli değilse, örnekleri 5 dakika boyunca asetonda ultrasonik bir temizleyiciye koyun. Bu işlemi gerektiği kadar yineleyin.</li>
		<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından azotla kurulayın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>10. Adım 3: Si(100) katmanını kazımak için numuneyi desenleme
<ol><li>Üçüncü litografi süreci<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Numuneleri 10 dakikalık nem alma için 140 °C'de sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Spin AZ2070 negatif fotoresist 30 s için 2000 rpm hızında.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de softbake için ocak üzerine koyun.</li>
		<li>Numuneyi 5 s için 37,5 mJ.cm-2 UV dozu ile ortaya çıkarın.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de pişirme sonrası pişirmek için ocak üzerine koyun.</li>
		<li>MIF 726'da ortam sıcaklığında 110 s için geliştirin, ardından DI suyunda durulayın ve azotla kurulayın. Beklenen kalınlık 5.9 μm'dir.</li>
		<li>Numuneyi 125 °C'deki sıcak tabağa 10 dakika boyunca koyun.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Silikon tabakasının reaktif iyon aşındırılması<ol>
<li>100W RF gücünde60 sccm CHF 3, 20 sccm0 2ve 10 sccm Ar gaz debisi ile RIE kullanarak Silikon tabakasını SiO2 katmanına kadar kazıyın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Direnen artıkların temizlenmesi<ol>
<li>İlk önce 5 dakika boyunca 90 sccm 02 akış hızında plazma ile temizleyin.</li>
		<li>Tüm dirençler giderilene kadar numuneyi 80 °C'de çıkarıcı PG'de bırakın. Daha sonra DI suyunda durulayın ve kuru azot üfleyin.</li>
	</ol>
</li>
</ol>11. Adım 4: SiO2'nin ıslak kimyasal gravür ile elverde serbest bırakılması
<ol><li>Dördüncü litografi süreci<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Numuneleri 10 dakikalık nem alma için 140 °C'de sıcak tabağa koyun.</li>
		<li>Spin AZ2020 negatif fotoresist 30 s için 2000 rpm hızında.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de yumuşak pişirmek için ocak üzerine koyun.</li>
		<li>Numuneyi 5 s için 37,5 mJ.cm-2 UV dozu ile ortaya çıkarın.</li>
		<li>Numuneyi 60 sn için 115 °C'de pişirme sonrası pişirmek için ocak üzerine koyun.</li>
		<li>Ortam sıcaklığında 65 s için MIF 726'da geliştirin. DI suyunda durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin. Beklenen kalınlık 2,3 μm'dir.</li>
		<li>Numuneyi 125 °C'deki ocak üzerine 10 dakika boyunca koyun.</li>
	</ol>
</li>
	<li>SiO2 tabakasının tamponlu oksit etch (BOE) ile ıslak gravürü<ol>
<li>BOE 7:1 çözeltisi politetrafloroetilen (PTFE) bazlı bir kaba koyun.</li>
		<li>Numuneyi bu çözeltiye koyun ve tüm SiO2 katmanları samimiyetçinin altına kazınana kadar ortam sıcaklığında bırakın. Daha sonra DI suyunda durulayın ve kuru nitrojeni üfleyin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Direnen artıkların temizlenmesi<ol>
<li>Numuneleri aseton, IPA ile durulayın ve ardından kuru nitrojeni üfleyin.</li>
		<li>Gerekirse, direnen artıkları plazma ile 5 dakika boyunca 90 sccm O2 akış hızında temizleyin.</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>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Sunulan yöntem, Si. Quartz/Si-MEMS teknolojisinde nanoyapılmış piezoelektrik kuvars mikro-kantilevler üretmek için aşağıdan yukarıya ve yukarıdan aşağıya yaklaşımların bir kombinasyonudur, boyut, güç tüketimi ve entegrasyon maliyeti açısından dökme kuvars üzerinde büyük avantajlar sunar. Nitekim CMOS uyumlu proseslerle epitaksiyel kuvars/Si MEMS üretilmektedir. Bu, minyatürleştirmeyi ve uygun maliyetli süreçleri korurken çok frekanslı cihazlar için tek çipli çözümlerin gelecekte ür...

Piezoelektrik özelliklere sahip oksit nanomalzemeler, MEMS sensörleri veya mikro enerji hasat cihazları veya depolama1,2,3gibi tasarım cihazları için çok önemlidir. CMOS teknolojisindeki gelişmeler arttıkça, yüksek kaliteli epitaksiyel piezoelektrik filmlerin ve nanoyapıların silikona monolitik entegrasyonu, yeni yeni cihazları genişletmek için ilgi konusu haline gelir4. Ek olarak, yüksek performanslar elde etmek için bu cihazların minyatürleştirilmesinin daha fazla kontrolü gereklidir5,6. Elektronik, biyoloji ve tıpta yeni sensör uygulamaları, mikro ve nanofabrikasyon teknolojilerindeki gelişmelerle etkinleştirilir7,8.
Özellikle, α-kuvars yaygın olarak piezoelektrik bir malzeme olarak kullanılır ve kullanıcıların farklı uygulamalar için fabrikasyon yapmasına izin veren olağanüstü özellikler gösterir. Enerji hasadı için uygulama alanını sınırlayan düşük elektromekanik kavrama faktörüne sahip olmasına rağmen, kimyasal stabilitesi ve yüksek mekanik kalite faktörü, frekans kontrol cihazları ve sensör teknolojileri için iyi bir aday olmasını sağlar9. Bununla birlikte, bu cihazlar cihaz imalatı için istenen özelliklere sahip dökme tek kuvars kristallerinden mikromakine edilmiştir10. Kuvars kristalinin kalınlığı, cihazdan en yüksek rezonans frekansının elde edilebileceği şekilde yapılandırılmalıdır, günümüzde en düşük elde edilebilir kalınlık 10 μm11 'dir. Şimdiye kadar, Faraday kafes açılı-gravür11,lazer girişim litografisi 12 ve odaklanmış iyon ışını (FIB)13gibi kütle kristallerini mikropattern etmek için bazı teknikler rapor edildi.
Son zamanlarda, (100) α kuvars filminin epitaksiyel büyümesinin silikon substrata (100) doğrudan ve aşağıdan yukarıya entegrasyonu kimyasal çözelti birikimi (CSD)14,15tarafından geliştirilmiştir. Bu yaklaşım, yukarıda belirtilen zorlukların üstesinden gelmek ve ayrıca gelecekteki sensör uygulamaları için piezoelektrik tabanlı cihazlar geliştirmek için bir kapı açtı. α kuvars filminin yapısını silikon substrat üzerine uyarlamak sağlandı ve filmin dokusunu, yoğunluğunu ve kalınlığını kontrol etmeyi sağladı16. α kuvars filminin kalınlığı, birkaç yüz nanometreden, dökme kristal üzerinde yukarıdan aşağıya teknolojilerle elde edilenlerden 10 ila 50 kat daha ince olan mikron aralığına uzatıldı. Daldırma kaplama biriktirme koşullarının, nemin ve sıcaklığın optimize edilmesi, yukarıdan aşağıya litografi teknikleri kümesinin bir kombinasyonu ile hem sürekli nanoyapılanmış kristal kuvars filme hem de mükemmel bir nanoim baskılı desene sahip olması sağlanmıştır17. Özellikle, yumuşak nanoimprint litografi (NIL), düşük maliyetli, büyük ölçekli bir imalat ve tezgah üstü ekipman tabanlı bir süreçtir. Yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya yaklaşımları birleştiren yumuşak NIL uygulaması, sütun çaplarının, yüksekliğinin ve interpillar mesafelerin hassas bir kontrolü ile silikon üzerinde epitaksiyel kuvars nanopiller diziler üretmek için bir anahtardır. Ayrıca, biyolojik bir uygulama için borosilikat cam üzerinde kontrollü şekil, çap ve periyodiklik ile silika nanopiller imalatı epitaxial kuvars ince film18'inyumuşak NIL'ini özelleştirerek gerçekleştirildi.
Şimdiye kadar, piezoelektrik nanoyapılı α kuvars MEMS'in çip üzerine entegrasyonu mümkün olmamıştır. Burada malzemeden başlayarak cihaz imalatı için detaylı mühendislik rotasını çiziyoruz. SOI substrat19'da bir piezoelektrik kuvars cantilever serbest bırakmak için malzeme sentezi, yumuşak NIL ve cihazın mikrofabrikasyonu için tüm adımları açıklıyoruz ve bazı karakterizasyon sonuçlarıyla piezoelektrik bir malzeme olarak yanıtını tartışıyoruz.

<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

Bu çalışmada, ilk piezoelektrik nanoyapılı epitaksiyel kuvars bazlı mikrokantilatörün ayrıntılı bir mühendislik rotasını gösteriyoruz. Malzemeden başlayarak cihaz imalatı işlemine kadar olan süreçteki tüm adımları açıklayacağız. SOI (100) substratındaki α kuvars filminin epitaksiyel büyümesi, stronsiyum dopsiyal silika sol-jel hazırlanması ile başlar ve oda sıcaklığında atmosferik koşullarda daldırma tekniği kullanılarak bu jelin ince bir film formunda SOI substratına yerleştirilmesi ile devam eder. Jel filmin kristalizasyonu öncesinde nanoimprint litografi (NIL) ile film yüzeyine nanoyapı yapılır. Epitaksiyel film büyümesine 1000 °C'de ulaşılır ve bu da desenli jel filmin mükemmel bir kristalizasyonunu sağlar. Kuvars kristal cantilever cihazlarının imalatı mikrofabrikasyon tekniklerine dayanan dört aşamalı bir süreçtir. İşlem kuvars yüzeyini şekillendirmekle başlar ve daha sonra elektrotlar için metal biriktirme onu takip eder. Silikonu çıkardıktan sonra, dokunsallık SOI substratından salınır ve silikon ve kuvars arasındaki SiO2'yi ortadan kaldırır. Cihazın performansı temassız lazer vibrometre (LDV) ve atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) ile analiz edilir. Fabrikasyon çipte yer alan farklı cantilever boyutları arasında, Bu çalışmada analiz edilen nanoyapılanmış kantilever 40 μm büyüklükte ve 100 μm uzunluğunda bir boyut sergilemiş ve 2 μm kalınlığında bir Si cihaz tabakası üzerinde epitaksiyal olarak yetiştirilen 600 nm kalınlığında desenli kuvars tabakası (nanopiller çap ve ayırma mesafesi sırasıyla 400 nm ve 1 μm) ile imal edildi. Ölçülen rezonans frekansı 267 kHz idi ve tüm mekanik yapının tahmini kalite faktörü olan Q, düşük vakum koşullarında Q ~ 398 idi. Her iki teknikle de (yani AFM kontak ölçümü ve LDV) kantiletin voltaja bağımlı doğrusal deplasmanını gözlemledik. Bu nedenle, bu cihazların dolaylı piezoelektrik etki ile etkinleştirilebileceğini kanıtlamak.

Malzeme sentezinin ve cihaz imalatının ilerlemesi (bkz. Şekil 1),farklı adımlar gerçek görüntülerle izlenerek şematik olarak tasvir edildi. Mikrofabrikasyon işlemlerinden sonra, alan emisyonu Tarama Elektron Mikroskopisi (FEG-SEM) görüntülerini kullanarak nanoyapılanmış kantilerlerin yönünü gözlemledik (Şekil 2a-c). 2D Micro X-ışını kırınımı, dokunsalın farklı istifleme katmanlarının kristalitesini kontrol etti ...

Watch this Scientific Journal Video about Epitaxial Nanostructured Î±-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices at JoVE.com

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

Bu çalışma, difleme kaplama yöntemi ile kuvars filminin epitaksiyel büyümesinden başlayarak silikon-on-insulatör (SOI) teknolojisi alt tabaka üzerinde nanoyapılı α-kuvars kantileatörün mikrofabrikasyonu ve daha sonra nanoimprint litografi ile ince filmin nanoyapılanması için ayrıntılı bir protokol sunun.

Silikon Üzerine Epitaxial Nanoyapılı α-Kuvars Filmler: Malzemeden Yeni Cihazlara

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

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

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

5.3K Görüntüleme.  Université de Montpellier. Bu çalışma, difleme kaplama yöntemi ile kuvars filminin epitaksiyel büyümesinden başlayarak silikon-on-insulatör (SOI) teknolojisi alt tabaka üzerinde nanoyapılı α-kuvars kantileatörün mikrofabrikasyonu ve daha sonra nanoimprint litografi ile ince filmin nanoyapılanması için ayrıntılı bir protokol sunun.

Video: Epitaxial Nanostructured α-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices

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 geliştirilmiş Işık-tutucu ile Polycrystalline Silikon İnce-film Solar hücreler

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

Mühendislik

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.

Karmaşık Oksit İnce Filmlerin Epitaksiyel Büyüme için atomik Tanımlı Şablonlar

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

Kimya

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.

Sıvı Ortamda Darbeli UV Lazer Radyasyonla Silikon Yüzey Islanabilirliği Seçici Alan Değişikliği

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.

Atomik İzlenebilir Nanoyapı İmalatı

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.

Kimyasal Çözüm Biriktirme tarafından Silisyum üzerinde Makrogözenekli Epitaksiyel Kuvars Filmlerin Hazırlanması

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.

Atomik Katman Biriktirme aracılığıyla Germanyum üzerinde Perovskit Stronsiyum Titanate Epitaksiyel Büyüme

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.

Yüzeyel Kimyasal Yapıştırmanın TiO&#39;ya Etkisi<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Fotokatalitik NOx Azaltma Performansına Sahip Kompozitler

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.

Için yeni bir yöntem<em&gt; Yerinde</emNanoscale Örneklerinin Elektromekanik Karakterizasyonu

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.

Eğik açısı ifade kullanarak medya yüksek emici ile Ultra ince renk filmleri imalatı

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.

Toplu ve bileşimsel varyant entropi stabilize oksit ince Film sentezi

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 ...

Silikon Üzerine Epitaxial Nanoyapılı α-Kuvars Filmler: Malzemeden Yeni Cihazlara

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler