Name: metal-assisted electrochemical nanoimprinting of porous and solid silicon wafers
Uploaded: 2022-02-08T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Metal-Assisted Electrochemical Nanoimprinting of Porous and Solid Silicon Wafers at JoVE.com

Riconosciamo il Dr. Keng Hsu (Università di Louisville) per le intuizioni riguardanti questo lavoro; il Frederick Seitz Laboratory dell'Università dell'Illinois e, in memoriam, il membro dello staff Scott Maclaren; Il LeRoy Eyring Center for Solid State Science dell'Arizona State University; e la Science Foundation Arizona sotto il Bis grove Scholars Award.

ATTENZIONE: utilizzare pratiche di sicurezza appropriate e dispositivi di protezione individuale (ad esempio, camice da laboratorio, guanti, occhiali di sicurezza, scarpe chiuse). Questa procedura utilizza l'acido HF (48% in peso) che è una sostanza chimica estremamente pericolosa e richiede ulteriori dispositivi di protezione individuale (ad esempio, una visiera, un grembiule di gomma naturale e un secondo paio di guanti in nitrile che coprono la mano, i polsi e gli avambracci).
1. Preparazion...

<ol>
	<li>Ning, 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=Transfer-Printing+of+Tunable+Porous+Silicon+Microcavities+with+Embedded+Emitters.">Transfer-Printing of Tunable Porous Silicon Microcavities with Embedded Emitters.</a> ACS Photonics. 1 (11), 1144-1150 (2014).</li><li>Hirschman, K. D., Tsybeskov, L., Duttagupta, S. P., Fauchet, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon-based+light+emitting+devices+integrated+into+microelectronic+circuits.">Silicon-based light emitting devices integrated into microelectronic circuits.</a> Nature. 384, 338-341 (1996).</li><li>Cho, 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=Nanoscale+Origami+for+3D+Optics.">Nanoscale Origami for 3D Optics.</a> Small. 7 (14), 1943-1948 (2011).</li><li>Azeredo, B. 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=Silicon+nanowires+with+controlled+sidewall+profile+and+roughness+fabricated+by+thin-film+dewetting+and+metal-assisted+chemical+etching.">Silicon nanowires with controlled sidewall profile and roughness fabricated by thin-film dewetting and metal-assisted chemical etching.</a> Nanotechnology. 24 (22), 225305-225312 (2013).</li><li>Lin, C., Tsai, M., Wei, W., Lai, K., He, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Packaging+Glass+with+a+Hierarchically+Nanostructured+Surface:+a+universal+method+to+achieve+selfcleaning+omnidirectional+solar+cells.">Packaging Glass with a Hierarchically Nanostructured Surface: a universal method to achieve selfcleaning omnidirectional solar cells.</a> ACS Nano. 10 (1), 549-555 (2016).</li><li>Park, K. 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=Nanotextured+Silica+Surfaces+with+Robust+Superhydrophobicity+and+Omnidirectional+Broadband+Supertransmissivity.">Nanotextured Silica Surfaces with Robust Superhydrophobicity and Omnidirectional Broadband Supertransmissivity.</a> ACS Nano. 6 (5), 3789-3799 (2012).</li><li>Kim, J., Joy, D. C., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+resist+thickness+and+etch+depth+for+fabrication+of+3D+structures+in+electron-beam+grayscale+lithography.">Controlling resist thickness and etch depth for fabrication of 3D structures in electron-beam grayscale lithography.</a> Microelectronics Engineering. 84 (12), 2859-2864 (2007).</li><li>Deng, S., Zhang, Y., Jiang, S., Lu, M. <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+three-dimensional+silicon+structure+with+smooth+curved+surfaces.">Fabrication of three-dimensional silicon structure with smooth curved surfaces.</a> Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS. 15 (3), 0345031-0345036 (2016).</li><li>Azeredo, B. P., Lin, Y., Avagyan, A., Sivaguru, M., Hsu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Imprinting+of+Porous+Silicon+via+Metal-Assisted+Chemical+Etching.">Direct Imprinting of Porous Silicon via Metal-Assisted Chemical Etching.</a> Advanced Functional Materials. 26 (17), 2929-2939 (2016).</li><li>Azeredo, B., Hsu, K., Ferreira, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Electrochemical+Imprinting+of+Sinusoidal+Linear+Gratings+into+Silicon.">Direct Electrochemical Imprinting of Sinusoidal Linear Gratings into Silicon.</a> The American Society of Mechanical Engineers - International Manufacturing Science and Engineering Conference. , 1-6 (2016).</li><li>Li, H., Niu, J., Wang, G., Wang, E., Xie, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Production+of+Silicon+Nanostructures+with+Electrochemical+Nanoimprinting.">Direct Production of Silicon Nanostructures with Electrochemical Nanoimprinting.</a> ACS Applied Electronic Materials. 1 (7), 1070-1075 (2019).</li><li>Kim, K., Ki, B., Choi, K., Lee, S., Oh, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resist-Free+Direct+Stamp+Imprinting+of+GaAs+via+Metal-Assisted+Chemical+Etching.">Resist-Free Direct Stamp Imprinting of GaAs via Metal-Assisted Chemical Etching.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 11 (14), 13574-13580 (2019).</li><li>Zhang, 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=Contact+electrification+induced+interfacial+reactions+and+direct+electrochemical+nanoimprint+lithography+in+n-type+gallium+arsenate+wafer.">Contact electrification induced interfacial reactions and direct electrochemical nanoimprint lithography in n-type gallium arsenate wafer.</a> Chemical Science. 8, 2407-2412 (2017).</li><li>Zhan, 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=Electrochemical+micro/nano-machining:+principles+and+practices.">Electrochemical micro/nano-machining: principles and practices.</a> Chemical Society Reviews. 46 (5), 1526-1544 (2017).</li><li>Li, X., Bohn, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-assisted+chemical+etching+in+HF+/+H2O2+produces+porous+silicon.">Metal-assisted chemical etching in HF / H2O2 produces porous silicon.</a> Applied Physics Letters. 77 (16), 2572-2574 (2000).</li><li>Chartier, C., Bastide, S., Levy-Clement, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-assisted+chemical+etching+of+silicon+in+HF+-+H2O2.">Metal-assisted chemical etching of silicon in HF - H2O2.</a> Electrochimica Acta. 53, 5509-5516 (2008).</li><li>Chattopadhyay, S., Li, X., Bohn, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-plane+control+of+morphology+and+tunable+photoluminescence+in+porous+silicon+produced+by+metal-assisted+electroless+chemical+etching.">In-plane control of morphology and tunable photoluminescence in porous silicon produced by metal-assisted electroless chemical etching.</a> Journal of Applied Physics. 91 (9), 6134-6140 (2002).</li><li>Torralba, 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=3D+patterning+of+silicon+by+contact+etching+with+anodically+biased+nanoporous+gold+electrodes.">3D patterning of silicon by contact etching with anodically biased nanoporous gold electrodes.</a> Electrochemistry Communications. 76, 79-82 (2017).</li><li>Bastide, 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=3D+Patterning+of+Si+by+Contact+Etching+With+Nanoporous+Metals.">3D Patterning of Si by Contact Etching With Nanoporous Metals.</a> Frontiers in Chemistry. 7, 1-13 (2019).</li><li>Sharstniou, A., Niauzorau, S., Ferreira, P. M., Azeredo, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+nanoimprinting+of+silicon.">Electrochemical nanoimprinting of silicon.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (21), 10264-10269 (2019).</li><li>Niauzorau, S., Ferreira, P., Azeredo, B. <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+Porous+Noble+Metal+Films+with+Tunable+Porosity+by+Timed+Dealloying.">Synthesis of Porous Noble Metal Films with Tunable Porosity by Timed Dealloying.</a> The American Society of Mechanical Engineers - International Manufacturing Science and Engineering Conference. , 1-4 (2018).</li><li>Geyer, 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=Model+for+the+Mass+Transport+During+Metal-Assisted+Chemical+Etching+with+Contiguous+Metal+Films+As+Catalysts.">Model for the Mass Transport During Metal-Assisted Chemical Etching with Contiguous Metal Films As Catalysts.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 116 (24), 13446-13451 (2012).</li><li>Li, L., Liu, Y., Zhao, X., Lin, Z., Wong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uniform+Vertical+Trench+Etching+on+Silicon+with+High+Aspect+Ratio+by+Metal-Assisted+Chemical+Etching+Using+Nanoporous+Catalysts.">Uniform Vertical Trench Etching on Silicon with High Aspect Ratio by Metal-Assisted Chemical Etching Using Nanoporous Catalysts.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (1), 575-584 (2014).</li></ol>

I timbri Mac-Imprint e i chip Si pre-confezionati (tipo p, orientamento [100], 1-10 Ohm∙cm) sono stati preparati secondo le sezioni 1 e 2 del protocollo, rispettivamente. L'impronta Mac del chip Si prepatterato con timbri contenenti modelli gerarchici 3D è stata eseguita secondo la sezione 3 del protocollo (Figura 9). Come mostrato nella Figura 9a, sono state applicate diverse configurazioni di Mac-Imprint: Si solido con Au solido (a sinistra...

La modellazione tridimensionale su micro e nanoscala e la testurizzazione dei semiconduttori consentono numerose applicazioni in vari settori, come l'optoelettronica1,2, la fotonica3, le superfici antiriflesso4, le superfici super idrofobiche e autopulenti5,6 tra gli altri. La prototipazione e la produzione di massa di modelli 3D e gerarchici sono state realizzate con successo per film polimerici mediante litografia morbida e litografia nanoimprinting con risoluzione inferiore a 20 nm. Tuttavia, il trasferimento di tali modelli polimerici 3D in Si richiede la selettività di incisione di un modello di maschera durante l'incisione ionica reattiva e quindi limita le proporzioni e induce distorsioni di forma e rugosità superficiale a causa di effetti di capesante7,8.
Un nuovo metodo chiamato Mac-Imprint è stato raggiunto per la modellazione parallela e diretta di wafer Si porosi9 e solidi10,11 e wafer GaAs solidi12,13,14. Mac-Imprint è una tecnica di incisione a umido basata sul contatto che richiede il contatto tra il substrato e un timbro rivestito in metallo nobile che possiede caratteristiche 3D in presenza di una soluzione di incisione (ES) composta da HF e un ossidante (ad esempio, H2O2 nel caso di Si Mac-Imprint). Durante l'incisione, si verificano contemporaneamente due reazioni15,16: una reazione catodica (cioè la riduzione di H2O2 al metallo nobile, durante la quale vengono generati portatori di carica positiva [fori] e successivamente iniettati in Si17) e una reazione anodica (cioè la dissoluzione del Si, durante la quale i fori vengono consumati). Dopo un tempo sufficiente di contatto, le caratteristiche 3D del timbro vengono incise nel wafer Si. Mac-Imprint presenta numerosi vantaggi rispetto ai metodi litografici convenzionali, come l'elevata produttività, la compatibilità con piattaforme roll-to-plate e roll-to-roll, semiconduttori si e III-V amorfi, mono e policristallini. I timbri Mac-Imprint possono essere riutilizzati più volte. Inoltre, il metodo può fornire una risoluzione di incisione inferiore a 20 nm compatibile con i metodi di scrittura diretta contemporanei.
La chiave per ottenere l'imprinting ad alta fedeltà è il percorso di diffusione verso il fronte dell'incisione (cioè l'interfaccia di contatto tra catalizzatore e substrato). Il lavoro di Azeredo et al.9 ha dimostrato per la prima volta che la diffusione di ES è abilitata attraverso una rete Si porosa. Torralba et al.18, hanno riferito che per realizzare si Mac-Imprint solidi la diffusione ES è abilitata attraverso un catalizzatore poroso. Bastide et al.19 e Sharstniou et al.20 hanno ulteriormente studiato l'influenza della porosità del catalizzatore sulla diffusione di ES. Pertanto, il concetto di Mac-Imprint è stato testato in tre configurazioni con percorsi di diffusione distinti.
Nella prima configurazione, il catalizzatore e il substrato sono solidi, non fornendo alcuna via di diffusione iniziale. La mancanza di diffusione del reagente porta ad una reazione secondaria durante l'imprinting che forma uno strato di Si poroso sul substrato attorno al bordo dell'interfaccia catalizzatore-Si. I reagenti vengono successivamente esauriti e la reazione si arresta, con conseguente mancanza di fedeltà di trasferimento del modello distinguibile tra il timbro e il substrato. Nella seconda e terza configurazione, le vie di diffusione sono abilitate attraverso reti porose introdotte nel substrato (cioè Si poroso) o nel catalizzatore (cioè oro poroso) e si ottiene un'elevata precisione di trasferimento del modello. Pertanto, il trasporto di massa attraverso materiali porosi svolge un ruolo fondamentale nel consentire la diffusione di reagenti e prodotti di reazione da e verso l'interfaccia di contatto9,18,19,20. Uno schema di tutte e tre le configurazioni è illustrato nella Figura 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61040/61040fig1.jpg"> Figura 1: Schemi delle configurazioni Mac-Imprint. Questa figura evidenzia il ruolo dei materiali porosi nel consentire la diffusione di specie reagenti attraverso il substrato (cioè caso II: Si poroso) o nel timbro (cioè caso III: film sottile catalizzatore in oro poroso). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61040/61040fig1large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
In questo documento, il processo Mac-Imprint è ampiamente discusso, compresa la preparazione del timbro e il pretrattamento del substrato insieme alla stessa Mac-Imprint. La sezione di pretrattamento del substrato all'interno del protocollo include la pulizia del wafer Si e la modellazione del wafer Si con incisione a secco e anodizzazione del substrato (opzionale). Inoltre, una sezione di preparazione del timbro è suddivisa in diverse procedure: 1) stampaggio replica PDMS dello stampo master Si; 2) nanoimprinting UV di uno strato fotoresistente al fine di trasferire il pattern PDMS; e 3) deposizione dello strato catalitico tramite sputtering magnetron seguita da dealloying (opzionale). Infine, nella sezione Mac-Imprint viene presentata la configurazione Mac-Imprint insieme ai risultati Mac-Imprint (ad esempio, Si surface 3D hierarchical patterning).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetone, &#62;99.5%, ACS reagent</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-64-1</td>
			<td>CAUTION, chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium fluoride, &#62;98%, ACS grade</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>12125-01-8</td>
			<td>CAUTION, hazardous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium hydroxide solution, 28-30%, ACS reagent</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1336-21-6</td>
			<td>CAUTION, hazardous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ 400K developer</td>
			<td>Microchemicals</td>
			<td>AZ 400K</td>
			<td>CAUTION, chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BenchMark 800 Etch</td>
			<td>Axic</td>
			<td>BenchMark 800</td>
			<td>Reactive ion etching</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium target, 2&#34; x 0.125&#34;, 99.95% purity</td>
			<td>ACI alloys</td>
			<td>ADM0913</td>
			<td>Magnetron sputter chromium target</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CTF 12</td>
			<td>Carbolite Gero</td>
			<td>C12075-700-208SN</td>
			<td>Tube furnace</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desiccator</td>
			<td>Fisher scientific Chemglass life sciences</td>
			<td>CG122611</td>
			<td>Desiccator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>F6T5/BLB</td>
			<td>Eiko</td>
			<td>F6T5/BLB 6W</td>
			<td>UV bulb</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold target, 2&#34; x 0.125&#34;, 99.99% purity</td>
			<td>ACI alloys</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Magnetron sputter gold target</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hotplate KW-4AH</td>
			<td>Chemat tecnologie</td>
			<td>KW-4AH</td>
			<td>Leveled hotplate with uniform temperature profile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrofluoric acid, 48%, ACS reagent</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7664-39-3</td>
			<td>CAUTION, extremly hazardous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide, 30%, ACS reagent</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>7722-84-1</td>
			<td>CAUTION, hazardous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol, &#62;99.5%, ACS reagent</td>
			<td>LabChem</td>
			<td>67-63-0</td>
			<td>CAUTION, chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MLP-50</td>
			<td>Transducer Techniques</td>
			<td>MLP-50</td>
			<td>Load cell</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid, 70%, ACS grade</td>
			<td>SAFC</td>
			<td>7697-37-2</td>
			<td>CAUTION, hazardous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NSC-3000</td>
			<td>Nano-master</td>
			<td>NSC-3000</td>
			<td>Magnetron sputter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium hydroxide, 45%, Certified</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>1310-58-3</td>
			<td>CAUTION, chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rocker 800 vacuum pump, 110V/60Hz</td>
			<td>Rocker</td>
			<td>1240043</td>
			<td>Oil-free vacuum pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon master mold</td>
			<td>NILT</td>
			<td>SMLA_V1</td>
			<td>Silicon chip with pattern</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafers, prime grade</td>
			<td>University wafer</td>
			<td>783</td>
			<td>Si wafer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver target, 2&#34; x 0.125&#34;, 99.99% purity</td>
			<td>ACI alloys</td>
			<td>HER2318</td>
			<td>Magnetron sputter silver target</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SP-300</td>
			<td>BioLogic</td>
			<td>SP-300</td>
			<td>Potentiostat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPIN 150i</td>
			<td>Spincoating</td>
			<td>SPIN 150i</td>
			<td>Spin coater</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPR 200-7.0 positive photoresist</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>SPR 220-7.0</td>
			<td>CAUTION, chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stirring hotplate</td>
			<td>Thermo scientific Cimarec+</td>
			<td>SP88857100</td>
			<td>General purpose hotplate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 2015 negative photoresist</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>SU-8 2015</td>
			<td>CAUTION, chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYLGARD 184 Silicone elastomere kit</td>
			<td>DOW</td>
			<td>4019862</td>
			<td>CAUTION, chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-LSR150B</td>
			<td>Zaber Technologies</td>
			<td>T-LSR150B-KT04U</td>
			<td>Motorized linear stage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane (PFOCS), 97%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>78560-45-9</td>
			<td>CAUTION, hazardous</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

metal-assisted electrochemical nanoimprinting of porous and solid silicon wafers

L'imprinting elettrochimico assistito da metallo (Mac-Imprint) è una combinazione di incisione chimica assistita da metallo (MACE) e litografia a nanoimprint che è in grado di modellare direttamente le caratteristiche 3D su micro e nanoscala nei semiconduttori monocristallini di gruppo IV (ad esempio, Si) e III-V (ad esempio, GaAs) senza la necessità di modelli sacrificali e passaggi litografici. Durante questo processo, un timbro riutilizzabile rivestito con un catalizzatore metallico nobile viene portato a contatto con un wafer si in presenza di una miscela di acido fluoridrico (HF) e perossido di idrogeno (H2O2), che porta all'incisione selettiva di Si all'interfaccia di contatto metallo-semiconduttore. In questo protocollo, discutiamo i metodi di preparazione del timbro e del substrato applicati in due configurazioni Mac-Imprint: (1) Porous Si Mac-Imprint con un catalizzatore solido; e (2) Solid Si Mac-Imprint con un catalizzatore poroso. Questo processo è ad alta produttività ed è in grado di modellare in parallelo su scala centimetrica con risoluzione inferiore a 20 nm. Fornisce inoltre una bassa densità di difetti e una modellazione di grandi aree in una singola operazione e aggira la necessità di incisioni a secco come l'incisione ionica reattiva profonda (DRIE).

Sono state ottenute immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM), scansioni al microscopio ottico (Figura 9) e scansioni al microscopio a forza atomica (AFM) (Figura 10) al fine di studiare le proprietà morfologiche dei timbri Mac-Imprint e delle superfici Si impresse. Il profilo della sezione trasversale del Si solido impresso è stato confrontato con quello del timbro Au poroso usato (Figura 10</s...

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Metal-Assisted Electrochemical Nanoimprinting of Porous and Solid Silicon Wafers

Viene presentato un protocollo per l'imprinting chimico assistito da metallo di caratteristiche di microscala 3D con precisione di forma inferiore a 20 nm in wafer di silicio solidi e porosi.

Nanoimprinting elettrochimico assistito da metalli di wafer di silicio poroso e solido

Metal-assisted electrochemical imprinting (Mac-Imprint) is a combination of metal-assisted chemical etching (MACE) and nanoimprint lithography that is ...

Il nostro protocollo fornisce un nuovo metodo di patterning per il silicio che consente la creazione di microstrutture gerarchiche tridimensionali che consentono la progettazione di elementi microottici basati su metasuperficie e tecnologie a guida d'onda. Questo protocollo consente la replica di strutture 3D da stampi polimerici e duri in wafer di silicio monocristallino e poroso in un unico passaggio. E allo stesso tempo, fornendo risoluzioni inferiori a 100 nanometri in tutte e tre le direzioni.Il silicio poroso e il silicio stesso sono ottimi materiali per la fabbricazione di biosensori ottici e dispositivi ottici a infrarossi. Tuttavia, ci aspettiamo che questa tecnica si espanda ai semiconduttori del gruppo III-V e anche oltre. L'allineamento del timbro alla punta del substrato e dell'inclinazione è estremamente importante per un'impronta Mac uniforme.Seguendo questo protocollo, l'allineamento può essere eseguito montando il timbro sul supporto mentre è a contatto con il substrato. Per preparare un timbro per l'impronta Mac, in primo luogo pulire lo stampo master in silicio utilizzando la soluzione RCA-1 secondo i passaggi descritti nel protocollo e quindi posizionare uno stampo master in silicio pulito in una capsula di Petri di plastica all'interno di un essiccatore. Utilizzare una pipetta di plastica per aggiungere alcune gocce di PFOCS a una barca di pesatura in plastica e posizionare la barca di pesatura accanto al piatto con lo stampo principale.Accendere la pompa per vuoto, aprire la valvola dell'essiccatore e applicare il vuoto per 30 minuti. Mentre viene applicato il vuoto, utilizzare una spatola di vetro per mescolare la base e l'agente polimerizzante da un kit di elastomero di silicio con un rapporto di 10 a uno per 10-15 minuti. Alla fine dell'essiccazione, rimuovere la barca di pesatura dall'essiccatore e i distanziali da sotto lo stampo master in silicio, quindi coprire con cura lo stampo master con uno strato di due o tre millimetri del PDMS appena preparato.Per degassare il PDMS dopo aver aperto la valvola dell'essiccatore, applicare il vuoto per altri 20 minuti o fino a quando le bolle scompaiono. Alla fine del secondo periodo di essiccazione, trasferire il piatto su una piastra calda a 80 gradi Celsius. Dopo due ore, utilizzare un bisturi per tagliare i bordi del PDMS polimerizzato all'interno della capsula di Petri in plastica e utilizzare una pinzetta per rimuovere con cura lo stampo PDMS dallo stampo master in silicio.Per la nanoimprinting UV fotoresistente, utilizzare uno scriba per scindere un chip di silicio di 2,5 per 2,5 centimetri dal wafer di silicio, pulendolo utilizzando la soluzione RCA-1 secondo i passaggi descritti nel protocollo e quindi posizionare il chip pulito sul mandrino a vuoto in uno spin coater. Impostare i parametri di rivestimento di spin come indicato per applicare uno strato di fotoresist di 20 micrometri di spessore sul chip e premere VAC ON per applicare il vuoto al sistema. Versare 1,5 millilitri di fotoresist SU-8 2015 sul centro del chip e chiudere il coperchio della centrifuga.Quindi premere Start per avviare lo spin. Alla fine della rotazione, premere VAC OFF per spegnere il vuoto e utilizzare una pinzetta per rimuovere il chip rivestito di fotoresist. Posizionare con attenzione lo stampo PDMS sul modello di chip di silicio rivestito di fotoresiste verso il basso e premere manualmente lo stampo nel chip.Posizionare una lastra di vetro trasparente UV sopra il PDMS per applicare 15 grammi per centimetro quadrato di pressione allo stampo e al chip ed esporre la configurazione a sei watt di luce UV per due ore. Alla fine del periodo di irradiazione, utilizzare una pinzetta per rimuovere lentamente lo stampo dal chip nella direzione parallela alla direzione del modello di fotoresiste indurito. Per depositare uno strato di lega d'oro / argento di 250 nanometri di spessore sul chip, in primo luogo depositare uno strato di cromo di 20 nanometri di spessore e uno strato di oro di 50 nanometri di spessore come descritto nel protocollo di testo.Quindi, fai clic su GUN 1 OPEN per aprire l'otturatore della pistola in oro e argento. Impostare il tempo di elaborazione su 16,5 minuti e impostare il set point DC su 58 e il set point RF su 150. Fare clic su Rotazione e impostare la portata dell'argon su 50 centimetri cubici standard al minuto.Fare clic su Argon, Alimentazione DC e Alimentazione RF. Quando il segnale si stabilizza, impostare il controllo dell'argon su cinque. Fate clic su Avvia con spessore zero per avviare il monitor dello spessore del cristallo e per strappare rispettivamente lo spessore.Fare clic su Processo temporizzato per avviare il processo a tempo controllato e fare clic su PLATEN SHUTTER Solid per aprire l'otturatore a piastre. Fate di nuovo clic su spessore zero. Al termine dello sputtering, fate clic su Solido (Solid) per chiudere l'otturatore solido della piastra e premete Press to Vent per sfiatare la camera di sputter del magnetron.Per delegare il timbro Mac-imprint rivestito in lega d'argento/ oro, mescolare prima l'acqua deionizzata e l'acido nitrico in un rapporto uno a uno in un bicchiere di vetro e posizionare il becher su una piastra calda mescolando. Immergere un portacampioni in PTFE perforato nella miscela e riscaldare la soluzione fino a 65 gradi Celsius con agitazione costante a 100 giri al minuto. Quando la soluzione ha raggiunto la temperatura target, posizionare il timbro Mac-imprint rivestito in lega d'oro/argento nel supporto per due o 20 minuti.Dopo la delegatura, spegnere il timbro Mac-imprint in acqua deionizzata a temperatura ambiente per un minuto. Per eseguire l'allineamento del timbro al substrato, posizionare il timbro rivolto verso il basso sopra il chip di silicio nella cella elettrochimica, aggiungere una goccia di SU-8 sul retro del timbro. Portare l'asta in PTFE a contatto con SU-8 e polimerizzarla in posizione asciutta sotto luce UV per due ore.Il contatto è a circa 86 millimetri dalla posizione di casa. Per eseguire un'operazione di imprinting Mac, pulire il chip di silicio modellato utilizzando la soluzione RCA secondo i passaggi descritti nel protocollo e quindi posizionarlo al centro di una cella elettrochimica e posizionare la cella sotto un'asta in PTFE con il timbro Mac-imprint. Mescolare la soluzione di incisione di acido fluoridrico e perossido di idrogeno in un rapporto di 17 a uno all'interno di un becher di PTFE.Dopo cinque minuti, utilizzare una pipetta di plastica per aggiungere la soluzione di incisione alla cella elettrochimica. Per posizionare il timbro Mac-imprint a contatto con il chip del modello, abbassare il timbro di circa 86 millimetri e quindi spostare il timbro verso il basso dalla posizione di contatto di circa 300 a 1.000 micrometri per ottenere la forza di contatto desiderata. Mantenere il timbro Mac-imprint a contatto con il chip da uno a 30 minuti prima di fare clic su Home per riportare l'asta nella posizione home.Utilizzare una pipetta per aspirare accuratamente la soluzione di incisione dalla cella e risciacquare il chip di silicio stampato con alcool isopropilico e acqua deionizzata. Quindi asciugare il chip con aria pulita e asciutta. È possibile ottenere immagini al microscopio elettronico a scansione per studiare le proprietà morfologiche dei timbri Mac-imprint rivestiti in oro e le superfici in silicio stampate risultanti.In questa analisi rappresentativa, il profilo della sezione trasversale del silicio solido impresso ottenuto mediante scansione a forza atomica è stato confrontato con quello del francobollo in oro poroso utilizzato. La fedeltà al trasferimento dei modelli e la generazione di silicio poroso durante l'impronta Mac sono stati due criteri principali per analizzare il successo sperimentale. L'impronta Mac è stata considerata di successo se il modello di timbro è stato accuratamente trasferito sul silicio e nessun silicio poroso è stato generato durante l'impronta Mac.Qui, si possono osservare i risultati di un esperimento non ottimale in cui si è verificata una mancanza di fedeltà di trasferimento del modello e una generazione di silicio poroso durante l'impronta Mac. È importante ricordare che l'impronta Mac del silicio coinvolge l'acido fluoridrico, che è una sostanza pericolosa per la vita e seguire un protocollo di sicurezza e indossare adeguati dispositivi di protezione individuale sono fondamentali. Una volta utilizzati i francobolli rivestiti in oro poroso per facilitare il trasporto di massa.Seguendo questa procedura, la composizione della soluzione di incisione o la forza di contatto potrebbe essere variata per studiare la cinetica del processo o la durata del timbro.

metal-assisted-electrochemical-nanoimprinting-porous-solid-silicon

Research

JoVE Journal

Engineering

Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding combined with layer transfer enables the replication of arbitrary surface patterns from a master structure onto the functional material. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes. In particular we demonstrate the fabrication of patterned transparent zinc oxide electrodes for light trapping applications in solar cells.

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes.

Nanomoulding di materiali funzionali, un modello versatile complementare replica Metodo di nanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which  allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks  and full devices. Nanomoulding ...

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Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for synthesizing nanoscopic VB2 is presented as well as step-by-step procedure for applying a zirconium oxide coating to the VB2 particles for stabilization upon discharge. The process for disassembling existing zinc/air cells is shown, in addition construction of the new working electrode to replace the conventional zinc/air cell anode with a the nanoscopic VB2 anode. Finally, discharge of the completed VB2/air battery is reported. We show that using the zinc/air cell as a test bed is useful to provide a consistent configuration to study the performance of the high-energy high capacity nanoscopic VB2 anode.

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A protocol is presented to study multi-electron metal/air battery systems by using previous technology developed for the zinc/air cell. Electrochemical testing is then performed on fabricated batteries to evaluate performance.

Fabbricazione di VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Air Cells per Elettrochimica Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monostrato Contatto doping di silicio superfici e nanofili Uso organofosforici Composti

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Fabbricazione di cavità uniformi su nanoscala tramite silicon direct wafer bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

Protocollo di elettrochimica di test e caratterizzazione di aprotico Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; Batteria

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Emissione spettroscopica Boundary Investigation strato durante ablativo Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

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.

Elettrochimica Acquaforte e caratterizzazione di punte acuminate campo di emissione per impatto elettronico di ionizzazione

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

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

Fabbricazione di White Light-emitting cellule elettrochimiche con emissione stabile da ecciplessi

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser (laser-SARPES), and demonstrate a power of this technique for studying solid state physics. Laser-SARPES achieves two great capabilities. Firstly, by examining orbital selection rule of linearly polarized lasers, orbital selective excitation can be carried out in SAPRES experiment. Secondly, the technique can show full information of a variation of the spin quantum axis as a function of the light polarization. To demonstrate the power of the collaboration of these capabilities in laser-SARPES, we apply this technique for the investigations of spin-orbit coupled surface states of Bi2Se3. This technique affords to decompose spin and orbital components from the spin-orbit coupled wavefunctions. Moreover, as a representative advantage of using the direct spin detection collaborated with the polarization-variable laser, the technique unambiguously visualizes the light polarization dependence of the spin quantum axis in three-dimension. Laser-SARPES dramatically increases a capability of photoemission technique.

Here, we combine polarization-variable 7-eV laser with spin- and angle-resolved photoemission technique to visualize the spin-orbital coupling effect in solid states.

Metodi sperimentali per la spettroscopia di fotoemissione risolta di Spin e angolo combinato con polarizzazione-variabile Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This FOSP relies on a silicon Fabry-Perot interferometer (FPI) attached to the fiber end, referred to as Si-FOSP in this work. The Si-FOSP generates an interferogram determined by the optical path length (OPL) of the silicon cavity. Measurand alters the OPL and thus shifts the interferogram. Due to the unique optical and thermal properties of the silicon material, this Si-FOSP exhibits an advantageous performance in terms of sensitivity and speed. Furthermore, the mature silicon fabrication industry endows the Si-FOSP with excellent reproducibility and low cost toward practical applications. Depending on the specific applications, either a low-finesse or high-finesse version will be utilized, and two different data demodulation methods will be adopted accordingly. Detailed protocols for fabricating both versions of the Si-FOSP will be provided. Three representative applications and their according results will be shown. The first one is a prototype underwater thermometer for profiling the ocean thermoclines, the second one is a flow meter to measure flow speed in the ocean, and the last one is a bolometer used for monitoring exhaust radiation from magnetically confined high-temperature plasma.

This work reports an innovative silicon-tipped fiber-optic sensing platform (Si-FOSP) for high-resolution and fast-response measurement of a variety of physical parameters, such as temperature, flow, and radiation. Applications of this Si-FOSP span from oceanographic research, mechanical industry, to fusion energy research.

Una piattaforma con punta di silicio di rilevamento in fibra ottica ad alta risoluzione e risposta veloce

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...