Research is carried out at the Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory, which is supported by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, under Contract No. DE-SC0012704.

주의 : 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하시기 바랍니다. 나노 물질은 대량의 대응에 비해 추가 위험이있을 수 있습니다. 공학적 관리 (흄 후드) 및 개인 보호 장비의 사용을 포함, 나노 물질 덮인 기판을 처리 할 때 모든 적절한 안전 방법을 사용하십시오 (보안경, 장갑, 실험실 코트, 전체 길이 바지, 신발 - 발가락을 휴관). 1. 준비 작업 <ol><li> 증착 시스템의 제조 <ol><li> 대기압에 증착 챔버와 벤트 챔버를 연다. 벤트 자동 대기 압력 챔버를 배출 시퀀스를 시작 제어 소프트웨어 인터페이스에서 &quot;시작 PC 벤팅&quot;버튼을 누름으로써 수행된다. 분위기 압력은 전면 액세스 도어를 당겨서 열고 챔버에 도달. </li><li> 열적 증발 한 쌍의 전극 사이에 텅스텐 증착 보트 (알루미나 코팅)을 탑재. 배치 1증발 보트에 G 비스무트 펠렛. </li><li> 마그네트론 스퍼터링 소스에 바나듐 스퍼터링 타겟을 탑재합니다. 스퍼터링 소스가 장착되지 않은 증착 시스템) 1.1.4 단계를 참조하십시오. </li><li> (선택, 스퍼터링 소스가 장착되지 않은 증착 시스템의 경우), 열 증착 한 쌍의 전극 사이에 텅스텐 증착 보트를 탑재. 증발 배에 0.5 g의 바나듐 슬러그를 놓습니다. </li><li> 증착 시스템의 전기 피드 스루에 폐쇄 루프 온도 컨트롤러 (온도 프로브 가열 / 냉각 전력이 두) 미니 바나나 커넥터를 연결합니다. </li></ol></li><li> 성장 기판의 제조 주 : 비스무트 나노 와이어의 형성은 선택 성장 기판에 민감하다. 유사한 결과는 유리 슬라이드, 규소 웨이퍼, 또는 금속 시트로부터 얻어졌다. 이는 기판이 증기 직전 세정한다 저자 추천증착 프로세스, 바나듐 하층의 일관된 접착력을 달성하기 위해서. 플라즈마 세정 및 습식 화학적 세정을 포함하는 다양한 기판 세정 기술은,인가 및 유사한 결과로 이어질 수있다. <ol><li> 산소 플라즈마에 의해 성장 기판 세정 <ol><li> 플라즈마 세정기로 성장 기판을 놓고 10 mTorr 이하의 그 기본 압력으로, 버튼 &quot;ON VAC&quot;을 누르면, 펌프 챔버. </li><li> 산소 가스 밸브를 열고 프론트 패널 버튼 &quot;ON GAS&quot;를 누름으로써 상기 챔버에 산소 가스를 도입하고 챔버 압력을 유지하는 &quot;INCR&quot;가스 유량 제어용 &quot;DECR&quot;버튼을 누름으로써 유량을 조정 약 100 mTorr로. </li><li> 전력 제어를위한 &quot;INCR&quot;및 &quot;DECR&quot;버튼을 눌러 20 W에 플라즈마 전력을 설정하고 버튼을 &quot;ON RF&quot;버튼에 의해 플라즈마를 점화. </li><li> 눌러 플라즈마를 끄기 전에 5 분 동안 기다립니다 &quot;; RF ON 블리드 &quot;버튼&quot;. 버튼을 눌러 챔버 벤트 &quot;및 기판을 검색한다. </li></ol></li><li> 습윤 화학적 방법에 의해 성장 기판 세정 <ol><li> 비이커에 함유 아세톤 성장 기판을 담그고. 초음파로 비커를 놓고 최대 전력에서 2 분 동안 초음파 처리. </li><li> 비커에서 기판을 제거하고 30 초 동안 세척 병에서 절대 알코올의 흐름과 함께 그들을 씻어. </li><li> 질소 가스 스트림에서 기판을 건조. </li></ol></li></ol></li><li> 기판 로딩 및 증착 시스템 펌핑 <ol><li> 기판 홀더에 기판 온도 제어 어셈블리 마운트. </li><li> 펠티어 쿨러 / 히터 어셈블리의 상단에 성장 기판을 장착하는 스프링 클립을 사용합니다. </li><li> 증착 원을 대향 기판으로, 증착 챔버 내로 완전히 조립 기판 홀더를 마운트. 에 전기 피드 스루 연결펠티에 쿨러 / 히터 조립체. </li><li> 기판에 의도하지 않은 증착을 방지하기 위해 기판 ​​셔터를 닫는다. </li><li> 증착 챔버를 펌핑 시작. 펌핑은 자동베이스 압력으로 챔버를 펌핑 시퀀스를 시작 제어 소프트웨어 인터페이스에 &quot;PC 펌핑 시작&quot;버튼을 누름으로써 수행된다. </li></ol></li></ol> 비스무트 나노 와이어의 성장 (2) 주 : 상기 증착 챔버의 기본 압력은 2 아래 × 10-6 토르에 도달 할 때까지 실험은 다음 단계로 이동되지 않는다. <ol><li> 바나듐 하층의 성막 주 : 바나듐 하층이 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 증착 될 때 최상의 실험 재현성이 달성된다. 스퍼터링 소스의 부재, 높은 재현성도 여전히 열 증착법을 이용하여 바나듐 하층을 증착함으로써 달성 될 수 있고, 증착 시스템이 제공 HASA 기저 압력 (≤ 5 × 10-7 토르). 자세한 내용은 3.1.2 단계를 참조하십시오. <ol><li> 마그네트론 스퍼터링 소스 바나듐 증착. <ol><li> 스퍼터링 소스에 아르곤 흐름을 시작합니다. 40 SCCM에 유량 설정. </li><li> 2.5 mTorr로의 챔버 압력 터보 분자 펌프의 회전 속도를 조정합니다. </li><li> 챔버는 서서히 정상 압력에 도달하면서, QCM에 두께 보정 계수를 설정한다. 바나듐, 밀도는 5.96 g / cm 3이고, Z-계수 0.530이다. </li><li> DC 스퍼터링 소스를 켜고 저자가 운영하는 증착 시스템의 경우 200-250 (W)의 전력을 설정, 증착 속도는이 전력에서 약 0.4 / 초이다. 기판 셔터를 개방하지 않고도, 2 분 동안 실행 소스를 유지한다. 주 : 바나듐 공급원에 자연 산화막이 신선한 바나듐 표면을 노출이 제거되는 단계를 통해. </li><li> 바나듐 depositio을 시작 기판 셔터를 엽니 다엔. 한편, 제로로 QCM의 누적 두께를 리셋. </li><li> 20 나노 미터의 겉보기 두께는 QCM 읽기 당 축적 될 때까지 침착을 계속합니다. 기판 셔터를 닫습니다. </li><li> 서서히 제로로 스퍼터 전력을 감소. 오프 소스를 켭니다. </li><li> 아르곤 흐름을 차단합니다. 그것의 전체 전력에 터보 분자 펌프를 돌려줍니다. </li></ol></li><li> 열 증착 원 바나듐 증착 (스퍼터링 소스가 장착되지 않은 증착 시스템, 선택적). <ol><li> 때문에 바나듐의 높은 융점 (1,910에 ° C)와 산화에 그 준비, 그것은 그것의 열 증발을 5 × 10-7 토르 이하의베이스 압력에서 실시하는 것이 권장된다. </li><li> QCM에 두께 보정 계수를 설정합니다. 바나듐, 밀도는 5.96 g / cm 3이고, Z-계수 0.530이다. </li><li> 바나듐 소스에 열 증발 전원을 켭니다.바나듐 슬러그가 녹아 때까지 천천히 텅스텐 보트에 난방 전력을 증가. </li><li> 기판 셔터가 닫혀으로 천천히 QCM 판독 당 이루어진다 2 Å / sec의 증착 속도까지 가열 전력을 증가시킨다. 바나듐 증착을 시작 기판 셔터를 엽니 다. 한편, 제로로 QCM의 누적 두께를 리셋. </li><li> 50 나노 미터의 명백한 두께가 축적 될 때까지 침착을 계속합니다. 기판 셔터를 닫습니다. </li><li> 서서히 제로로 열 증발 전력을 감소. 오프 소스를 켭니다. </li></ol></li></ol></li><li> 비스무트 나노 와이어의 증착 <ol><li> 상기 RT 또는 아래의 온도에서 증착을위한 비스무트, 온도 제어기에 원하는 값을 설정한다. 원하는 온도에 도달 할 때까지 기다립니다. </li><li> QCM에 두께 보정 계수를 설정합니다. 비스무트를 들어, 밀도는 9.78 g / cm 3이고, Z-계수 0.790이다. </li><li> 열 증발 전원 SU를 켭니다비스무트 소스에 pply. 천천히 QCM 판독 당 이루어진다 2 Å / sec의 증착율까지 텅스텐 보트로 가열 전력을 증가시킨다. </li><li> 비스무트 증착을 시작 기판 셔터를 엽니 다. 한편, 제로로 QCM의 누적 두께를 리셋. </li><li> 50 나노 미터의 명백한 두께가 축적 될 때까지 침착을 계속합니다. 기판 셔터를 닫습니다. </li><li> 서서히 제로로 열 증발 전력을 감소. 오프 소스를 켭니다. </li><li> 열 전기 냉각기 / 히터에 전원 공급 장치를 끄십시오. </li><li> 대기압에 증착 챔버와 벤트 챔버를 연다. 기판 홀더를 검색하고 비스무트 나노 와이어를 포함 기판을 수집합니다. </li></ol></li></ol>

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Authors have nothing to disclose.

비스무트 나노 와이어의 성장이 적어도 두 개의 증착 원, 바나듐 비스무트 용과 서로 물리적 기상 증착 시스템에서 수행되어야한다. 그것은 소스 중 하나는 바나듐의 증착을위한 마그네트론 스퍼터링 소스,하는 것이 좋습니다. 높은 진공 건조 스크롤 펌프에 의해 뒷받침 터보 분자 펌프에 의해 달성된다. 증착 시스템은 두께 시츄 모니터링에 대해 보정 한 수정 마이크로 저울 (QCM)을 갖추고있다. 증착 시스템은 성장 기판의 폐쇄 루프 온도 제어를위한 전기 피드 스루를 갖는다. 열전 온도 컨트롤러는 열전 방열판에 접착되는 펠티에 형 세라믹 플레이트 열전 모듈을 통해, 기판에 가열 / 냉각을 제공한다. 기판 온도는 백금 저항 온도 검출기 (RTD)에 의해 모니터링된다. 기판 온도 제어 장치의 그림 1을 참조. 문학에서 기존의 방법에 비해, 본 기술은 단결정 비스무스 나노 와이어의 높은 수율 (&gt; 70 %)을 형성 할 수 있습니다. 기술은 또한 확장 성을위한 중요하다 : 증착되는 비스무트 나노 와이어의 양은 단지 기판의 크기에 의해 제한된다. 비스무트 나노 와이어의 성공적인 성장을 위해, 산화 일관없는 바나듐 나노 다공성 박막을 증착하기 위해 매우 중요하다. 바나듐은 차가운 기판 위에 증착시 쉽게 다공성 필름을 형성 할 수는 고 융점 (1910 ℃)에 대해 선택된다. 티탄과 같은 다른 고 융점 금속은, (1,668 ℃로를 MP), 유사한 방식으로 비스무트 나노 와이어의 성장을 촉진 할 수있다. 모두 상당한 다공도를 표시 마그네트론 스퍼터링 (a) 및 열 증발 (b)의 방법에 의해 증착 된 바나듐 박막의 SEM 이미지는도 2에 도시. 우리의 이전 연구에서 발견 된 바와 같이, 그것은 infil에 필요한들이 나노 와이어를 형성하기 위해 다공성 바나듐 매트릭스로부터 방출 될 수 있도록 예시되는 비스무트 도메인은, 바나듐에 비 젖음성한다. (21) 산화 바나듐 표면 그러나, 비스무트 의해 습윤 및 나노 와이어의 성장을 지원할 수 없다. 산화 대한 바나듐의 취약성을 고려할 때, 실험의 성공은 자연 산화를 방지하는 방법을 효율적으로 사용합니다. 이것은 필요한 농도 가장 아르곤 플라즈마 하에서 마그네트론 스퍼터링에 의해 제공되는 것을 알 수있다. 바나듐은 열 증발 증착을위한 유일한 선택이 경우 기본 압력은 5 × 10-7 토르 이하의 경우에는, 그러나, 요구되는 일관성이 달성되는 것을 알 수있다. 열 증발을 통해 마그네트론 스퍼터링의 장점 두 가지 요인이 있습니다 : 1) 소스를 마그네트론 스퍼터링의 산화 속도가 느려 열 증발의 경우보다 훨씬 시원하다는; 2) 마그네트론 스퍼터링 소스는 약 2 mTorr로 노출된다산소 분압을 억제 아르곤 흐름. 또한, 열 증발로부터 과도한 복사열 어려운 인해 열전 히터 / 쿨러의 제한된 전력으로, 후속 비스무트 증착 동안 기판 온도를 조정할 수있는, 매우 현저하게 증착 된 기판을 가열한다. 비스무스가 부드럽고 반사막 퇴적하면, 그 성막 중에 막 바나듐의 산화에 기인한다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 증착 챔버는 기본 압력에 도달하는 (예컨대 O / N)을 긴 시간 동안 펌핑한다. 도 3의 SEM 화상에 의해 도시 된 바와 같이, 비스무트 증착물의 형태가 상이한 기판 온도에 크게 변화한다. 이는 낮은 온도에서 (273 K) 비스무스 나노하지만 거친 막은 바나듐 위에 증착되는 것이 명백하다. 나노 와이어는 비스무트 0.5-1 (285 K의 낮은 기판 온도에서 형성되지만 (60~80 ㎚) 가늘고 짧은56, M). RT (298 K)에서 나노 와이어는 90-120 nm 두께의 긴 6-8 μm의 성장한다. 그것은 나노 와이어 팁 대신 원활 일반적으로 VLS 성장에서 관찰되는, 둥근 존재의면 처리되어 눈에 띈다. 그 이유는이 경우에 나노 와이어의 성장 전면이 비스무트 nanodomains 용융되어 비스무트 / 바나듐 인터페이스에 위치하고 있다는 것이다. 즉시 다공성 바나듐 행렬에서 용융 비스무트 분화로 결정화가 진행 즉시 측면 외관을 얻었다. 나노 와이어는 높은 온도에서 상당히 두껍고 더 이상 성장. 323 K에서, 나노 와이어는 직경이 약 200 nm이고, 20 내지 30 μm의 길이이다. 348 K에서, 나노 와이어는 직경이 약 400 nm이고, 길이는 100 μm의 위에있다. 따라서, 원하는 치수의 비스무트 나노 와이어의 일관된 형성을위한 몇 켈빈에서 기판 온도를 제어하는​​ 것이 중요하다. 현재 기술은 60 나노 미터 미만의 직경을 갖는 나노 와이어를 성장 비스무트하는데 사용될 수 없다. T에그 반면, 그것은 온도 제어 바나듐 기상에 비해 그 기판이 항상 매우 추운 때문에 가능성 바나듐 증착 동안 중요하지 보인다. 도 1에 도시 된 열전 소자의 온도 제어를위한 솔루션이다. 열전 모듈과 히트 싱크 사이의 열 접촉을 위해 사용되는 RT 유지 방열판, 기판은 273 K까지 냉각 될 수있다 (373) 또는 K. 실버 채워진 에폭시로 가열 하였다. 이는 용매의 증기 증착 동안 기판 표면을 오염시키고 일관되지 않은 결과로 이어질 수 있기 때문에, 에폭시가 완전히 경화 및 용매 건조하는 것이 중요하다. 같은 이유로, 겔 등의 열 페이스트를 사용하지 말 것. 비슷한 사례는 열전 모듈과 백금 측온 저항체 사이의 접촉을 위해 만들어졌다. 도 4의 (a) (b) 우리는 투과 전자 현미경을 제시 (TEM) 이미지 O비스무트 나노 와이어 (F). 전자 회절 패턴을 조사 (세트,도 4 (a) (b)) 비스무트 나노 와이어의 대부분은 하나 (1102) 또는 (1210) 방향을 따라 성장하는 것을 알 수있다. 종자는 증기 - 액체 - 고체 (VLS) 메카니즘으로서 성장을 매개없는 불구 비스무트 나노 인해 비스무트 / 바나듐 인터페이스 부근 성장 전면의 존재로, 단결정 어디 액체 대 고체 상전이가 발생합니다. 나노 와이어의 직경은 단면이도 4 (a)에 나타낸 TEM 이미지에서 관찰 명암 대비에 이르게하는, 불규칙한 대신 원형 일 수있다. 분말 X 선 회절 패턴 (도 4 (c))는 또한 비스무트 나노 와이어들이 벌크 격자 능 면체 (R3의 m)에 crystalize 것을 확인한다. 도 4의 (d)에 에너지 분산 X 선 (EDX) 분석에 의해 나타낸 바와 같이, 나노 와이어, 바나듐과 합금화하지 않고 순수한 비스무스이다 (도 4 (d) </strong&gt;). 구리에서 신호의 존재는 구리 TEM 그리드의 사용에 기인한다. 요약하면, 새로운 기술은 비스무트 / 바나듐 인터페이스에서 표면 에너지에 의한 단결정 비스무스 나노 와이어의 확장 성 및 고 수율의 성장,이 문서에서 설명된다. 기술은 단순히 성장 기판의 온도를 조정하여, 치수의 넓은 범위에 걸쳐 비스무트 나노 와이어를 성장시킬 수있다. 이것은 간편하고 비정규 성장기구는 상기 다른 물질 시스템의 성장에 개발 될 것으로 예상된다.

나노 와이어는 하나의 차원에서 전하 캐리어 및 광자와 같은 다른 준 입자 및 플라즈몬의 전송을 제한. 따라서, 나노 와이어는 일반적으로 마이크로 / 나노 전자 공학, 포토닉스, 생물 의학, 환경 및 에너지 관련 기술의 응용 프로그램에 대해 그들에게 거의 무한한 가능성을 부여 소설, 전기, 자기 적, 광학적, 화학적 특성을 나타낸다. 1, 2를 지난 20 년 동안, 수많은 하향식 및 상향식 접근법 이러한 발전에도 불구하고 실험실 규모. 3-6 고품질의 금속 또는 반도체 나노 와이어의 광범위한 합성 개발되어, 각각의 접근법의 성공을위한 최종 제품의 특정한 고유 특성에 의존한다. 예를 들어, 인기있는 증기 - 액체 - 고체 (VLS) 방법은 나노 와이어의 합성에보다 높은 융점을 가지며, 촉매 &quot;종자&quot;대응 공융 합금을 형성한다. (7)을 따라서 반도체 물질에 더 적합특히 관심이 물질은 기존의 기술이 적용되지 않을 수 있습니다. 작은 간접 밴드 중첩 (0 K에서 -38 meV 인)와 유난히 빛을 전하 캐리어와 반 금속으로, 비스무트는 하나의 예이다. 벌크와 비교할 때 재료는 양자 구속이 좁은 밴드 갭 반도체에 비스무트 나노 와이어 또는 박막을 켤 수있다. 8-12 한편, 비스무트 형태의 표면을 준 이차원 금속 감소 차원에서 근본적으로 다른 동작 즉, 그것의 부피보다 훨씬 더 많은 금속이다. 13,14 그것은 비스무트의 표면이 2 × 10 4cm 2 V -1 초 -1의 전자 이동도를 실현하고 나노 와이어 형태의 화력에 강하게 기여하는 것으로 나타났다. 15을 이러한 전자 및 특정 열전 애플리케이션에서 비스무트 나노 와이어를 공부에 상당한 관심이있다. 12 ~ 16 그러나, 매우 낮은의 비스무트에 의한산화 융점 (544 K) 및 준비는, 높은 품질 및 기존의 증기 상 또는 용액 상 기술을 사용하여 단결정 비스무스 나노 와이어를 합성 할 과제로 남아. 이전에는 단일 결정 비스무트 나노 와이어 필름에 내장 된 스트레스의 출시에 기인한다 비스무트 박막의 진공 증착 동안 낮은 수율로 성장하는 몇 가지 그룹에 의해보고되었다. 17 ~ 20은 가장 최근에, 우리는 새로운 발견 고 진공하에 비스무트 열 증발에 기초하여 높은 수율로 단결정 비스무스 나노 와이어의 확장 형성을 유도되는 방법. (21) 이전에 비교하여이 방법을보고,이 기술의 가장 독특한 특징은 성장 기판은 갓 코팅 있다는 증착 이전에 비스무트 바나듐 나노 다공성 박막과. 후자의 열 증발하는 동안, 비스무트 증기는 밴의 나노 다공성 구조로 침투에이디 엄 필름과는 nanodomains 거기 응축. 바나듐 축합 비스무트 의해 습윤되지 않기 때문에, 함침 도메인은 계속해서 그 표면 에너지를 방출 바나듐 행렬로부터 expulsed된다. 그것은 수직 비스무트 나노 와이어를 형성 비스무트 nanodomains 제명의 연속이다. 비스무트 도메인 직경의 1-2 나노 미터이기 때문에, 그들은 실온에서 그들을 거의 용융 만드는 중요한 융점 억제 될 수 있습니다. 그 결과, 나노 와이어 성장은 RT 유지 기판과 진행한다. 한편, 비스무트 도메인의 이동이 열적으로 활성화 된 바와 같이, 나노 와이어의 길이 및 폭은 단순히 성장 기판의 온도를 조절함으로써 넓은 범위에 걸쳐 조정될 수있다. 상세한 프로토콜은 비디오 필드에 새로운 실무자 고진공, 산소가없는 환경에서 박막의 물리적 증착과 관련된 다양한 일반적인 문제를 방지하기위한 것이다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bismuth&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>556130</td>
			<td>Granular, 99.999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Slug</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>42829</td>
			<td>3.175mm (0.125in) dia x 6.35mm (0.25in) length, 99.8%&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Sputtering Target</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>EJTVXXX253A2</td>
			<td>3.00&#34; Dia. x 0.125&#34; Thick, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>179124</td>
			<td>&#62;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>33361</td>
			<td>Anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon Wafer</td>
			<td>University Wafers</td>
			<td></td>
			<td>300 microns in thickness, (100) orientation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver Filled Epoxy</td>
			<td>Circuit Works</td>
			<td>CW2400</td>
			<td>Two part conductive epoxy resin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Boat, Alumina Coated</td>
			<td>R. D. Mathis</td>
			<td>S9B-AO-W</td>
			<td>For bismuth thermal evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Boat</td>
			<td>R. D. Mathis</td>
			<td>S4-.015W</td>
			<td>For vanadium thermal evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RIE Plasma</td>
			<td>Nordson March</td>
			<td>CS-1701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVD 75 Vapor Deposition Platform</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>PEDP75FTCLT001</td>
			<td>Equipped with three thermal evaporation source and one DC magnetron sputtering source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric Temperature Controller</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>MTTC-1410</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PT1000 RGD</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>340912-01</td>
			<td>Temperature sensor for MTTC-1410</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric Module</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>56910-502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonicator</td>
			<td>Crest Ultrasonics</td>
			<td>Tru-Sweep 175</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

seedless growth of bismuth nanowire array via vacuum thermal evaporation

여기 씨앗 및 템플릿이없는 기술은 RT에서 고진공에서 열적 증발, 비스무트 나노 와이어를 성장하기 위해 스케일 러블 설명된다. 종래에 금속 박막, 열 증발 증착물의 제조에 비스무트 갓 마그네트론 스퍼터링 또는 열 증발에 의해 증착된다 RT 유지 바나듐 평면 박막 위에 수직 단결정 나노 와이어의 배열로 보유. 성장 기판의 온도를 제어함으로써, 나노 와이어의 길이 및 폭이 넓은 범위를 통해 조정될 수있다. 이 새로운 기술에 대한 책임 이전에 알려지지 않은 나노 와이어 성장 메커니즘입니다 바나듐 박막의 가벼운 다공성의 뿌리. 바나듐 기공에 함침, 비스무트 도메인 (~ 1 nm의)은 그 융점이 억제 과도한 표면 에너지를 가지고 연속적으로 나노 와이어를 형성하기 위해 바나듐 행렬에서 그들을 배출한다. 이 발견은 확장 기상 신디의 타당성을 보여고순도 ESIS는 촉매를 사용하지 않고 나노 물질.

마그네트론 스퍼터링, 열 증착 방법에 의해 형성된 바나듐 하층의 단면 SEM 이미지는 그림 2. 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지는 다른 기판 온도에서 형성 비스무트 나노 와이어 (도 3)에 대해 제공되게된다. 비스무트 나노 와이어의 결정 구조는 투과형 전자 현미경 (TEM), 선택 영역 전자 회절 (SAED) 및 X 선 회절 (XRD) 연구 (도 4)를 통해 결정된다. 에너지 분산 형 X 선 분광법에 의한 원소 분석은 나노 와이어는 비스무트 바나듐 하층 (도 4)과 합금화되지 않는 것을 나타낸다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53396/53396fig1.jpg" /> 기판 온도 제어 장치의도 1 레이아웃. 단위는 열이 펠티에 입력 의해 접착 조립<html> 충전은 에폭시를 사용하여 히트 싱크에 rmoelectric 모듈. 백금 RTD는 가공 온도를 모니터링하기 위해 모듈의 상부 (작업)의 표면에 접착된다. 성장 기판은 스프링 클립 (도시하지 않음)에 의해 열전 모듈의 상단에 고정되어있다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53396/53396fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53396/53396fig2.jpg" /> 자신의 수직 단면으로 나타낸 바와 같이 그림 2. 바나듐 필름의 SEM 이미지가 갓. 마그네트론 스퍼터링 (A) 및 열 증발 (B)에 의해 각각 실리콘 기판 위에 증착, 두 영화는 기둥과 약간 다공성 구조를 갖추고 있습니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53396/53396fig2large.jpg" target="_blank">여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.</a> 항상 &quot;&gt; :&quot;유지 - together.within 페이지를 = FO &quot;jove_content <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53396/53396fig3.jpg" /> 그림 3. 다른 온도에서 개최 된 기판을 비스무트 예금의 SEM 이미지 (A) 273K, (B) 285 K, (C) 298 K, (D) 323 K, 및 (E) 348 K. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53396/53396fig3large.jpg" target="_blank">하려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53396/53396fig4.jpg" /> 그림 4. 비스무트 나노 와이어 (A, B) 투과 전자 현미경 (TEM), (C) X 선 회절 (XRD) 및 (D) 에너지 분산 X 선 (EDX) 분광 특성. 패널 (A)의 세트 및 (B)는 각각 대응하는 선택적 영역 전자 회절 (SAED) 패턴을 나타낸다. 패널에서 (C) X 선 diffra수직 빨간색 선이 회절 피크의 위치 및 대량 능 면체 비스무트의 강도를 표시하는 동안 비스무트 나노 와이어의 ction의 패턴은 표준 전력 회절 파일 (PDF 번호 01-071-4643)에 따르면, 검은 선으로 표시됩니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53396/53396fig4large.jpg" target="_blank">여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.</a>

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Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented.

진공 열 증발을 통해 비스무트 나노 와이어 어레이의 씨앗 성장

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

seedless-growth-bismuth-nanowire-array-via-vacuum-thermal

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

8.3K 조회수.  Brookhaven National Laboratory. A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented. 

비디오: Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy and dynamics1-4. Fundamental studies of photoionization processes of biomolecules provide information about the electronic structure of these systems. Furthermore determinations of ionization energies and other properties of biomolecules in the gas phase are not trivial, and these experiments provide a platform to generate these data. We have developed a thermal vaporization technique coupled with supersonic molecular beams that provides a gentle way to transport these species into the gas phase. Judicious combination of source gas and temperature allows for formation of dimers and higher clusters of the DNA bases. The focus of this particular work is on the effects of non-covalent interactions, i.e., hydrogen bonding, stacking, and electrostatic interactions, on the ionization energies and proton transfer of individual biomolecules, their complexes and upon micro-hydration by water1, 5-9.
We have performed experimental and theoretical characterization of the photoionization dynamics of gas-phase uracil and 1,3-dimethyluracil dimers using molecular beams coupled with synchrotron radiation at the Chemical Dynamics Beamline10 located at the Advanced Light Source and the experimental details are visualized here. This allowed us to observe the proton transfer in 1,3-dimethyluracil dimers, a system with pi stacking geometry and with no hydrogen bonds1. Molecular beams provide a very convenient and efficient way to isolate the sample of interest from environmental perturbations which in return allows accurate comparison with electronic structure calculations11, 12. By tuning the photon energy from the synchrotron, a photoionization efficiency (PIE) curve can be plotted which informs us about the cationic electronic states. These values can then be compared to theoretical models and calculations and in turn, explain in detail the electronic structure and dynamics of the investigated species 1, 3.

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

A molecular beam coupled to tunable vacuum ultraviolet photoionization mass spectrometer at a synchrotron provides a convenient tool to explore the electronic structure of isolated gas phase molecules and clusters. Proton transfer mechanisms in DNA base dimers were elucidated with this technique.

조정할 수있는 진공 자외선 (VUV) 싱크로트론 방사선으로 분자 빔 질량 분광법

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

연구

공학

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

단 하나의 GaN 나노 와이어 장치에 대한 문의 인터페이스의 분석

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

한 차원 고체 물질의 열 수송의 특성

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

폴라 유전체 액체에서 특히 전기 교량의 준비

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

열 증발 및 원자 층 증착에 의해 기록 효율 SNS 태양 전지 만들기

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

분석 미세 유체 장치의 열 측정 기술

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was employed here for demonstration purposes. Multiple evaporation tests on the model compound as a humectant with various concentrations in solutions were conducted for comparison purposes. A conventional weight loss approach is known as the most straightforward, but time-consuming, measurement technique for evaporation rate detection. Yet, a clear disadvantage is that a large volume of sample is required and multiple sample tests cannot be conducted at the same time. For the first time in literature, an electrical impedance sensing chip is successfully applied to a real-time evaporation investigation in a time sharing, continuous and automatic manner. Moreover, as little as 0.5 ml of test samples is required in this impedance-based apparatus, and a large impedance variation is demonstrated among various dilute solutions. The proposed high-sensitivity and fast-response impedance sensing system is found to outperform a conventional weight loss approach in terms of evaporation rate detection.

This paper presents an impedance-based apparatus for evaporation rate detection of solutions. It offers clear advantages over a conventional weight loss approach: a fast response, high-sensitivity detection, a small sample requirement, multiple sample measurements, and easy disassembly for cleaning and reuse purposes.

증발 속도 검출을위한 고성능 임피던스 기반 플랫폼

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

흐름 기반 Dielectrophoresis: 고성능 솔루션 처리 나노와이어 소자의 제조에 대 한 낮은 비용 방법

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex donor-acceptor emitters is presented. With a step-by-step procedure, readers will be able to repeat and produce OLED devices based on simple organic emitters. A patterning procedure allowing the creation of personalized indium tin oxide (ITO) shape is shown. This is followed by the evaporation of all layers, encapsulation and characterization of each individual device. The end goal is to present a procedure that will give the opportunity to repeat the information presented in cited publication but also using different compounds and structures in order to prepare efficient OLEDs.

A protocol for the production of simple structured organic light-emitting diodes (OLEDs) is presented.

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves several steps, include drawing samples, cooling, cutting, transport to the laboratory, and analysis. The whole analysis process requires more than 30 minutes, which hinders on-line process control. Laser-induced breakdown spectroscopy is an excellent on-line analysis method that can satisfy the requirements of vacuum induction melting because it is fast and noncontact and does not require sample preparation. The experimental facility uses a lamp-pumped Q-switched laser to ablate melted liquid steel with an output energy of 80 mJ, a frequency of 5 Hz, a FWHM pulse width of 20 ns, and a working wavelength of 1,064 nm. A multi-channel linear charge coupled device (CCD) spectrometer is used to measure the emission spectrum in real time, with a spectral range from 190 to 600 nm and a resolution of 0.06 nm at a wavelength of 200 nm. The protocol includes several steps: standard alloy sample preparation and an ingredient test, smelting of standard samples and determination of the laser breakdown spectrum, and construction of the elements concentration quantitative analysis curve of each element. To realize the concentration analysis of unknown samples, the spectrum of a sample also needs to be measured and disposed with the same process. The composition of all main elements in the melted alloy can be quantitatively analyzed with an internal standard method. The calibration curve shows that the limit of detection of most metal elements ranges from 20-250 ppm. The concentration of elements, such as Ti, Mo, Nb, V, and Cu, can be lower than 100 ppm, and the concentrations of Cr, Al, Co, Fe, Mn, C, and Si range from 100-200 ppm. The R2 of some calibration curves can exceed 0.94.

During vacuum induction melting, laser-induced breakdown spectroscopy is used to perform real-time quantitative analysis of the main-ingredient elements of a molten alloy.

레이저 유도 분해 분 광 법에의 한 용융 진공 유도의 정량 분석

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...