Name: fabrication of nano-engineered transparent conducting oxides by pulsed laser deposition
Uploaded: 2013-02-27T13:00:00
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1. Preparazione del supporto <ol><li> Tagliare 1 cm x 1 centimetri substrati di silicio di un wafer di silicio, il silicio è un bene per la caratterizzazione SEM (vista in pianta e sezione). </li><li> Tagliare 1 cm x 1 cm vetro (soda-calce, 1 mm di spessore), il vetro è ottimale per la caratterizzazione ottica ed elettrica. </li><li> Se i contatti sono necessari su substrati di vetro, contatti Au può essere evaporato sotto vuoto utilizzando una maschera. Cauzione 10 nm di Cr come intercalare per migliorare l&#39;ad...

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	<li>Chrisey, D. B., Hubler, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Pulsed Laser Deposition of Thin Films. , (1994).</li><li>Lowndes, D. H., Geohegan, D. B., Puretzky, A. A., Norton, D. P., Rouleau, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+novel+thin-film+materials+by+pulsed+laser+deposition.">Synthesis of novel thin-film materials by pulsed laser deposition.</a> Science. 273, 898 (1996).</li><li>Di Fonzo, F., Bailini, A., Russo, V., Baserga, A., Cattaneo, D., Beghi, M. G., Ossi, P. M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+nanostructured+tungsten+and+tungsten+oxide+films.">Synthesis and characterization of nanostructured tungsten and tungsten oxide films.</a> Catalysis Today. 116, 69-73 (2006).</li><li>Casari, C. S., Foglio, S., Passoni, M., Siviero, F., Bottani, C. E., Li Bassi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetic+regimes+and+growth+mechanisms+of+pulsed+laser+deposited+Pd+clusters+on+Au(111)+investigated+by+in+situ+Scanning+Tunneling+Microscopy.">Energetic regimes and growth mechanisms of pulsed laser deposited Pd clusters on Au(111) investigated by in situ Scanning Tunneling Microscopy.</a> Physical Review B. 84 (111), 155441 (2011).</li><li>Cattaneo, D., Foglio, S., Casari, C. S., Li Bassi, A., Passoni, M., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+W+cluster+deposition+regimes+in+pulsed+laser+ablation+observed+by+in+situ+Scanning+Tunneling+Microscopy.">Different W cluster deposition regimes in pulsed laser ablation observed by in situ Scanning Tunneling Microscopy.</a> Surface Science. 601, 1892-1897 (2007).</li><li>Bailini, A., Di Fonzo, F., Fusi, M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Russo, V., Baserga, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+laser+deposition+of+tungsten+and+tungsten+oxide+thin+films+with+tailored+structure+at+the+nano-+and+mesoscale.">Pulsed laser deposition of tungsten and tungsten oxide thin films with tailored structure at the nano- and mesoscale.</a> Applied Surface Science. 253, 8130-8135 (2007).</li><li>Fusi, M., Russo, V., Casari, C. S., Li Bassi, A., A, C. E., Bottani, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Titanium+oxide+nanostructured+films+by+reactive+pulsed+laser+deposition.">Titanium oxide nanostructured films by reactive pulsed laser deposition.</a> Applied Surface Science. 255 (10), 5334-5337 (2009).</li><li>Dellasega, D., Facibeni, A., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Conti, C., Ducati, C., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+High+Valence+Silver+Oxide+Produced+by+Pulsed+laser+Deposition.">Nanostructured High Valence Silver Oxide Produced by Pulsed laser Deposition.</a> Applied Surface Science. 255 (10), 5248-5251 (2009).</li><li>Di Fonzo, F., Tonini, D., Li Bassi, A., Casari, C. S., Beghi, M. G., Bottani, C. E., Gastaldi, D., Vena, P., Contro, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+regimes+in+pulsed+laser+deposition+of+alumina+films.">Growth regimes in pulsed laser deposition of alumina films.</a> Applied Physics A. 93, 765-769 (2008).</li><li>Bailini, A., Donati, F., Zamboni, M., Russo, V., Passoni, M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+Laser+Deposition+of+Bi2Te3+Thermoelectric+Films.">Pulsed Laser Deposition of Bi2Te3 Thermoelectric Films.</a> Applied Surface Science. 254, 1249-1254 (2007).</li><li>Baserga, A., Russo, V., Fonzo, F. D. i., Bailini, A., Cattaneo, D., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+Tungsten+Oxide+With+Controlled+Properties:+Synthesis+And+Raman+Characterization.">Nanostructured Tungsten Oxide With Controlled Properties: Synthesis And Raman Characterization.</a> Thin Solid Films. 515, 6465-6469 (2007).</li><li>Dellasega, D., Facibeni, A., Di Fonzo, F., Bogana, M., Polissi, A., Conti, C., Ducati, C., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+Ag4O4+films+with+enhanced+antibacterial+activity.">Nanostructured Ag4O4 films with enhanced antibacterial activity.</a> Nanotechnology. 19, 475602 (2008).</li><li>Fonzo, F. D. i., Casari, C. S., Russo, V., Brunella, M. F., Li Bassi, A., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchically+organized+nanostructured+TiO2+for+photocatalysis+applications.">Hierarchically organized nanostructured TiO2 for photocatalysis applications.</a> Nanotechnology. 20, 015604 (2009).</li><li>Torta, F., Fusi, M., Casari, C. S., Bottani, C. E., Bachi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Titanium+Dioxide+Coated+MALDI+plate+for+on+target+Analysis+of+Phosphopeptides.">Titanium Dioxide Coated MALDI plate for on target Analysis of Phosphopeptides.</a> Journal of Proteome Research. 8, 1932-1942 (2009).</li><li>Ponzoni, A., Russo, V., Bailini, A., Casari, C. S., Ferroni, M., Li Bassi, A., Migliori, A., Morandi, V., Ortolani, L., Sberveglieri, G., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Structural And Gas-Sensing Characterization Of Tungsten Oxide Nanorods And Nanoparticles. Sensors &amp; Actuators: B. Chemical B. 153, 340-346 (2011).</li><li>Li Bassi, A., Bailini, A., Donati, F., Russo, V., Passoni, M., Mantegazza, A., Casari, C. S., Bottani, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoelectric+properties+of+Bi-Te+Films+with+controlled+structure+and+morphology.">Thermoelectric properties of Bi-Te Films with controlled structure and morphology.</a> Journal of Applied Physics. 105, 124307 (2009).</li><li>Sauvage, F., Di Fonzo, F., Li Bassi, A., Casari, C. S., Russo, V., Divitini, G., Ducati, C., Bottani, C. E., Comte, P., Graetzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-inspired+hierarchical+TiO2+photo-anode+for+dye-sensitized+solar+cells.">Bio-inspired hierarchical TiO2 photo-anode for dye-sensitized solar cells.</a> Nano Letters. 10, 2562-2567 (2010).</li><li>Grankvist, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+conductors+as+solar+energy+materials:+A+panoramic+review.">Transparent conductors as solar energy materials: A panoramic review.</a> Solar Energy Materials &amp; Solar Cells. 91, 1529 (2007).</li><li>Minami, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+conducting+oxide+semiconductors+for+transparent+electrodes.">Transparent conducting oxide semiconductors for transparent electrodes.</a> Semicond. Sci. Technol. 20, S35 (2005).</li><li>Fortunato, E., 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=Transparent+Conducting+Oxides+for+Photovoltaics.">Transparent Conducting Oxides for Photovoltaics.</a> MRS Bulletin. 32, 242 (2007).</li><li>Exarhos, G. J., 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=Discovery-based+design+of+transparent+conducting+oxide+films.">Discovery-based design of transparent conducting oxide films.</a> Thin Solid Films. 515, 7025 (2007).</li><li>Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Bruno, P., Mart-Rujas, J., Bottani, C. E., Li Bassi, A., Casari, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+functional+properties+of+Al:ZnO+thin+films+grown+by+Pulsed+Laser+Deposition+at+room+temperature.">Structural and functional properties of Al:ZnO thin films grown by Pulsed Laser Deposition at room temperature.</a> Thin Solid Films. 520, 4707-4711 (2012).</li><li>Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Carminati, M., Russo, V., Li Bassi, A., Casari, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure-dependent+optical+and+electrical+transport+properties+of+nanostructured+Al-doped+ZnO.">Structure-dependent optical and electrical transport properties of nanostructured Al-doped ZnO.</a> Nanotechnology. 23, 365706 (2012).</li><li>Casari, C. S., Li Bassi, A., Arkin, W. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+Laser+Deposition+of+Nanostructured+Oxides:+from+Clusters+to+Functional+Films.">Pulsed Laser Deposition of Nanostructured Oxides: from Clusters to Functional Films.</a> Advances in Laser and Optics Research. 7, 65-100 (2012).</li><li>Amoruso, S., Sambri, A., Vitiello, M., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plume+expansion+dynamics+during+laser+ablation+of+manganates+in+oxygen+atmosphere.">Plume expansion dynamics during laser ablation of manganates in oxygen atmosphere.</a> Applied Surface Science. 252, 4712-4716 (2006).</li><li>Uccello, A., Dellasega, D., Perissinotto, S., Lecis, N., Passoni, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+Rhodium+Films+for+Advanced+Mirrors+Produced+by+Pulsed+Laser+Deposition.">Nanostructured Rhodium Films for Advanced Mirrors Produced by Pulsed Laser Deposition.</a> Journal of Nuclear Materials. , (2013).</li><li>Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Bruno, P., Mart&#237;-Rujas, J., Bottani, C. E., Li Bassi, A., Casari, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+Performing+Al:ZnO+Thin+Films+grown+by+Pulsed+Laser+Deposition+at+Room+Temperature.">Highly Performing Al:ZnO Thin Films grown by Pulsed Laser Deposition at Room Temperature.</a> Nanoscience and Nanotechnology. , (2013).</li></ol>

La forma pennacchio plasma è strettamente legato al processo di ablazione, soprattutto in presenza di un gas, il monitoraggio del pennacchio plasma mediante ispezione visiva è importante controllare la deposizione. Nel depositare un ossido metallico da ablare un target di ossido, l&#39;ossigeno è necessario per supportare le perdite di ossigeno durante il processo di ablazione. A bassa pressione gas di fondo di ossigeno, il materiale depositato può avere vacanze di ossigeno. Questo effetto è ridotto aumentando la p...

Deposizione laser pulsata (PLD) impiega ablazione laser di un bersaglio solido che risulta nella formazione di un plasma di specie ablata che può essere depositato su un substrato di crescita di un film (vedi Figura 1) 1. Interazione con una atmosfera di fondo (inerte o reattivo) può essere usato per indurre nucleazione omogenea cluster in fase gas (vedi figura 2) 2,3. La strategia per la sintesi di materiali da PLD si basa sulla regolazione delle proprietà materiali in un approccio ascendente un controllo accurato della dinamica plasma generato nel processo PLD. Dimensione dei cluster, energia cinetica e la composizione può essere variata da una corretta impostazione di parametri di deposizione che influenzano la crescita di film e comportano variazioni morfologiche e strutturali 4,5. Sfruttando il metodo descritto qui dimostrato, per una serie di ossidi (ad es WO 3, Ag 4 O 4, Al 2 O 3 and TiO 2), la capacità di regolare morfologia, densità, porosità, grado di ordine strutturale, stechiometria e fase modificando la struttura del materiale su scala nanometrica 6-11. Questo permette la progettazione di materiali per applicazioni specifiche 12-16. Con riferimento alle applicazioni fotovoltaiche, abbiamo sintetizzato TiO2 nanostrutturato gerarchicamente organizzato da nanoparticelle di montaggio (&lt;10 nm) in un nano-e mesostruttura che assomiglia a un &#39;foresta di alberi&#39; 13 mostra risultati interessanti quando impiegato come fotoanodi nelle tinture per celle solari sensibilizzate (DSSC ) 17. Sulla base di questi risultati precedenti si descrive il protocollo per la deposizione di Al-ZnO drogato (AZO) film come un ossido conduttore trasparente. Ossidi conduttori trasparenti (TCO) sono bandgap elevata (&gt; 3 eV) convertito in materiali conduttori dal drogaggio pesante, visualizzando resistività &lt;10 -3 ohm-cm e più del 80% ottica transmittance nel campo del visibile. Essi sono un elemento chiave per molte applicazioni come touch screen e celle solari 18-21 e sono tipicamente coltivate con tecniche differenti come sputtering, deposizione laser pulsata, deposizione chimica da vapore, pirolisi a spruzzo e con una soluzione a base di metodi chimici. Tra TCO, indio-stagno-ossido (ITO) è stato ampiamente studiato per la sua bassa resistività, ma presenta l&#39;inconveniente del costo elevato e bassa disponibilità di indio. La ricerca sta ora muovendo verso indio senza sistemi come F-drogato SnO 2 (FTO), Al-ZnO drogato (AZO) e F-ZnO drogato (FZO). Elettrodi in grado di fornire una gestione intelligente della luce incidente (intrappolamento luce) sono particolarmente interessanti per applicazioni fotovoltaiche. Per sfruttare la possibilità di disperdere la luce visibile attraverso strutture e morfologie modulati su scala paragonabili alla lunghezza d&#39;onda della luce (per esempio 300-1,000 nm), un buon controllo sulmorfologia film e sulle architetture di montaggio del cluster è necessario. In particolare, si descrive come ottimizzare la morfologia e la struttura dei film AZO. Compatta AZO depositato a bassa pressione (2 ossigeno Pa) a temperatura ambiente e caratterizzata da una bassa resistività (4,5 x 10 -4 ohm cm) e trasparenza alla luce visibile (&gt; 90%) che è competitiva con AZO depositati a temperature elevate, mentre AZO strutture gerarchiche sono ottenuti ablazione a O 2 pressioni superiori a 100 Pa. Tali strutture visualizzare una forte capacità diffondente con fattore di foschia fino al 80% e più 22,23.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente / materiale </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td></tr><tr><td> Laser pulsato </td><td> Continuum-Quantronix </td><td> Powerlite 8010 </td></tr><tr><td> Potenza metro </td><td> Coerente </td><td> FieldMaxII-TO </td></tr><tr><td> Ion Gun </td><td> Mantis Dep </td><td> RFMax60 </td></tr><tr><td> Controllore di flusso di massa </td><td> Mks </td><td> 2179 ° </td></tr><tr><td> Di cristallo al quarzo Microbalance </td><td> Infcon </td><td> XTC / 2 </td></tr><tr><td> Sfondo di gas </td><td> Rivoira-Praxair </td><td> 5,0 di ossigeno </td></tr><tr><td> Obiettivo </td><td> Kurt Lesker </td><td> (Realizzato su richiesta) </td></tr><tr><td> Isopropanolo </td><td> Sigma Aldrich </td><td> 190.764-2L </td></tr><tr><td> Fonte metro </td><td> Keithley </td><td> K2400 </td></tr><tr><td> Magnet Kit </td><td> Ecopia </td><td> 0.55T-Kit </td></tr><tr><td> Spettrofotometro </td><td> PerkinElmer </td><td> Lambda 1050 </td></tr></tbody></table>

fabrication of nano-engineered transparent conducting oxides by pulsed laser deposition

Pulsed Laser Deposition nanosecondo (PLD) in presenza di un gas di fondo permette la deposizione di ossidi metallici con sintonizzabile morfologia, struttura, densità e stechiometria da un adeguato controllo della dinamica plasma pennacchio di espansione. Tale versatilità può essere sfruttata per produrre film nanostrutturati da nanoporoso denso e compatto per caratterizzata da un gruppo gerarchico di dimensioni nano cluster. In particolare si descrive la metodologia dettagliata per fabbricare due tipi di Al-ZnO drogato (AZO) film come elettrodi trasparenti in dispositivi fotovoltaici: 1) a bassa pressione O 2, film compatti con conducibilità elettrica e vicino trasparenza ottica allo stato dell&#39;arte ossidi trasparenti conduttori (TCO) possono essere depositati a temperatura ambiente, per essere compatibile con i materiali sensibili al calore come i polimeri utilizzati nel fotovoltaico organico (OPV), 2) strutture di scattering di luce altamente gerarchica simile ad una foresta di nano-alberi sono prodottiuced a pressioni superiori. Tali strutture mostrano elevato fattore di Haze (&gt; 80%) e può essere sfruttata per aumentare la capacità di cattura della luce. Il metodo qui descritto per film AZO può essere applicato ad altri ossidi metallici pertinenti per applicazioni tecnologiche come TiO 2, Al 2 O 3, WO 3 e Ag 4 O 4.

La deposizione di AZO da PLD in atmosfera di ossigeno produce compatte film trasparenti conduttori a bassa pressione gas di fondo (cioè 2 Pa) e mesoporosi foresta-come le strutture costituite da gruppi gerarchicamente assemblati a pressioni elevate (160 Pa). Il materiale è costituito da domini nanocristallini cui dimensione è massima (30 nm) a 2 Pa 22. A causa di collisioni tra le specie ablato e il gas di sfondo, la forma e la lunghezza del pennacchio plasma ...

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Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Descriviamo il metodo sperimentale per depositare film sottili di ossidi nanostrutturati da Pulsed Laser Deposition nanosecondi (PLD) in presenza di un gas di fondo. Utilizzando questo metodo di Al-ZnO drogato (AZO) film, dalla compatta alla gerarchicamente strutturata come nano-alberi delle foreste, possono essere depositati.

Fabbricazione di nano-ingegneria trasparenti Ossidi Conducting da Pulsed Laser Deposition

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

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