वर्दी मोटाई जीई के electrospray बयान<sub> 23</sub> एस.बी.<sub> 7</sub> S<sub> 70</sub> और जैसा<sub> 40</sub> S<sub> 60</sub> Chalcogenide ग्लास फिल्में
Summary
A method of uniform thickness solution-derived chalcogenide glass film deposition is demonstrated using computer numerical controlled motion of a single-nozzle electrospray.
Abstract
समाधान आधारित electrospray फिल्म बयान है, जो निरंतर, रोल करने वाली रोल प्रसंस्करण के साथ संगत है, chalcogenide चश्मा करने के लिए लागू किया जाता है। दो chalcogenide रचनाओं प्रदर्शन कर रहे हैं: जीई 23 एस.बी. 7 एस 70 और 40 के रूप में 60 है, जो दोनों तलीय मध्य अवरक्त (मध्य आईआर) microphotonic उपकरणों के लिए बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है। इस दृष्टिकोण में, समान मोटाई फिल्मों कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रित (सीएनसी) गति के उपयोग के माध्यम से गढ़े हैं। Chalcogenide ग्लास (बदलाव) एक चक्करदार मार्ग के किनारे एक भी नोक से सब्सट्रेट पर लिखा है। फिल्में वैक्यूम अवशिष्ट विलायक बंद ड्राइव और फिल्मों घना के तहत 100 डिग्री सेल्सियस और 200 डिग्री सेल्सियस के बीच गर्मी उपचार की एक श्रृंखला के अधीन थे। ट्रांसमिशन फूरियर के आधार पर बदलना अवरक्त (FTIR) स्पेक्ट्रोस्कोपी और खुरदरापन माप सतह, दोनों रचनाओं के मध्य आईआर क्षेत्र में सक्रिय तलीय उपकरणों के निर्माण के लिए उपयुक्त पाए गए। अवशिष्ट विलायकहटाने जीई 23 एस.बी. 7 एस 70 के मुकाबले 40 एस 60 फिल्म के लिए बहुत जल्दी होना पाया गया। electrospray के फायदे के आधार पर, एक ढाल अपवर्तनांक (खीस) मध्य आईआर पारदर्शी कोटिंग के सीधे मुद्रण की कल्पना की, इस अध्ययन में दो रचनाओं का अपवर्तनांक में अंतर दिया जाता है।
Introduction
Chalcogenide चश्मा (ChGs) उनके व्यापक अवरक्त संचरण और एक समान मोटाई, कंबल फिल्म बयान 1-3 से ज़िम्मा के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है। पर चिप waveguides, resonators, और अन्य ऑप्टिकल घटकों तो लिथोग्राफी तकनीक द्वारा इस फिल्म से गठन किया जा सकता है, और फिर बाद में बहुलक कोटिंग microphotonic उपकरणों 4-5 बनाना। एक प्रमुख अनुप्रयोग है कि हम विकास चाहते हैं छोटी, सस्ती, अत्यधिक संवेदनशील रासायनिक संवेदी उपकरणों मध्य आईआर, जहां कई जैविक प्रजातियों ऑप्टिकल हस्ताक्षर 6 में सक्रिय है। Microphotonic रासायनिक सेंसर जैसे परमाणु रिएक्टरों, जहां विकिरण (गामा और अल्फा) के लिए जोखिम की संभावना है निकट के रूप में कठोर वातावरण में तैनात किया जा सकता है। इसलिए बदलाव electrospray सामग्री के ऑप्टिकल गुणों के संशोधन का एक व्यापक अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण है और एक अन्य पत्र में सूचित किया जाएगा। इस अनुच्छेद में, ChGs की electrospray फिल्म बयान का प्रदर्शन किया जाता है, के रूप में यह एक विधि है हाल ही मेंChGs 7 के लिए आवेदन किया।
इस तरह के थोक बदलाव लक्ष्यों की थर्मल वाष्पीकरण, और इस तरह के स्पिन कोटिंग बदलाव का एक समाधान के लिए एक अमाइन विलायक में भंग कर के रूप में समाधान व्युत्पन्न तकनीक, के रूप में वाष्प जमाव तकनीक,: मौजूदा फिल्म बयान तरीकों दो वर्गों में वर्गीकृत किया जा सकता है। आम तौर पर, समाधान व्युत्पन्न फिल्मों प्रकाश संकेत के उच्च नुकसान में परिणाम देते हैं फिल्म मैट्रिक्स 3 में अवशिष्ट विलायक की उपस्थिति के कारण है, लेकिन वाष्प जमाव पर समाधान व्युत्पन्न तकनीकों का एक अनूठा लाभ नैनोकणों के सरल समावेश है (जैसे, क्वांटम डॉट्स या QDs) से पहले स्पिन कोटिंग 8-10 करने के लिए। हालांकि, नैनोकणों के एकत्रीकरण स्पिन में लिपटे फिल्मों के 10 में देखा गया है। इसके अलावा, जबकि वाष्प जमाव और स्पिन कोटिंग दृष्टिकोण समान मोटाई, कंबल फिल्मों के गठन के लिए अच्छी तरह से अनुकूल कर रहे हैं, वे खुद को अच्छी तरह से स्थानीय निभाई है, या इंजीनियर गैर वर्दी मोटाई फिल्मों के लिए उधार नहीं है। एफurthermore, स्पिन कोटिंग के पैमाने अप उच्च सामग्री रन दूर करने के लिए सब्सट्रेट से कारण कचरे की वजह से मुश्किल है, और क्योंकि यह एक सतत प्रक्रिया 11 नहीं है।
आदेश में मौजूदा बदलाव फिल्म बयान तकनीक की सीमाओं से कुछ दूर करने के लिए हम बदलाव सामग्री की व्यवस्था करने के electrospray के आवेदन की जांच की है। इस प्रक्रिया में, एक एयरोसोल स्प्रे एक उच्च वोल्टेज बिजली के क्षेत्र में 7 को लागू करने से बदलाव समाधान का गठन किया जा सकता है। क्योंकि यह एक सतत प्रक्रिया है जो रोल करने वाली रोल प्रसंस्करण के साथ संगत है, सामग्री के पास 100% का उपयोग संभव है, स्पिन कोटिंग पर एक फायदा है। इसके अलावा, हम उस व्यक्ति बदलाव एयरोसोल बूंदों में एकल QDs के अलगाव का आरोप लगाया बूंदों Coulombic प्रतिकर्षण द्वारा स्थानिक आत्म dispersing जा रहा है, उच्च सतह क्षेत्र बूंदों की जल्दी सुखाने कैनेटीक्स के साथ संयुक्त होने के कारण, बेहतर QD फैलाव को ले जा सकता का प्रस्ताव किया है के कारण QDs के आंदोलन को कमबढ़ती बूंदों की चिपचिपाहट में उड़ान 7, 12। अंत में, स्थानीय बयान एक लाभ यह है कि मुस्कुरा कोटिंग्स के निर्माण के लिए उपयोग किया जा सकता है, जबकि। electrospray के साथ दोनों QD समावेश और बदलाव की मुस्कुरा निर्माण के अन्वेषणों वर्तमान में एक भविष्य के लेख के रूप में प्रस्तुत किया जा करने के लिए चल रहे हैं।
इस प्रकाशन में, electrospray का लचीलापन दोनों स्थानीय बयानों और एक समान मोटाई फिल्म्स द्वारा प्रदर्शन किया है। तलीय फोटोनिक अनुप्रयोगों के लिए फिल्मों की उपयुक्तता की जांच करने के लिए, संचरण फूरियर अवरक्त (FTIR) स्पेक्ट्रोस्कोपी, सतह की गुणवत्ता, मोटाई, और अपवर्तनांक माप का उपयोग किया जाता बदलना।
Protocol
Representative Results
Discussion
सब्सट्रेट करने के लिए स्प्रे रिश्तेदार की चक्करदार गति के साथ जमा एक समान मोटाई फिल्म की शुरुआत में, फिल्म मोटाई प्रोफ़ाइल बढ़ती जा रही है। एक बार दूरी Y-दिशा में कूच स्प्रे (सब्सट्रेट में आगमन पर) के व्?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Funding for this work was provided by Defense Threat Reduction Agency contracts HDTRA1-10-1-0073: HDTRA1-13-1-0001.
Materials
| Ethanolamine | Sigma-Aldrich | 411000-100ML | 99.5% purity |
| Si wafer | University Wafer | 1708 | Double side polished, undoped |
| Syringe | Sigma-Aldrich | 20788 | Hamilton 700 series, 50 microliter volume |
| Syringe pump | Chemyx | Nanojet | |
| CNC milling machine | MIB instruments | CNC 3020 | |
| Power supply | Acopian | P015HP4 | AC-DC power supply, 15 kV, 4 mA |
References
- Novak, J., et al. Evolution of the structure and properties of solution-based Ge23Sb7S70 thin films during heat treatment. Mat. Res. Bull. 48, 1250-1255 (2013).
- Musgraves, J. D., et al. Comparison of the optical, thermal and structural properties of Ge-Sb-S thin films deposited using thermal evaporation and pulsed laser deposition techniques. Acta Materiala. 59, 5032-5039 (2011).
- Zha, Y., Waldmann, M., Arnold, C. B. A review on solution processing of chalcogenide glasses for optical components. Opt. Mat. Exp. 3 (9), 1259-1272 (2013).
- Chiles, J., et al. Low-loss, submicron chalcogenide integrated photonics with chlorine plasma etching. Appl. Phys. Lett. 106, 11110 (2015).
- Hu, J., et al. Demonstration of chalcogenide glass racetrack microresonators. Opt. Lett. 38 (8), 761-763 (2008).
- Singh, V., et al. Mid-infrared materials and devices on a Si platform for optical sensing. Sci. Technol. Adv. Mater. 15, 014603 (2014).
- Novak, S., Johnston, D. E., Li, C., Deng, W., Richardson, K. Deposition of Ge23Sb7S70 chalcogenide glass films by electrospray. Thin Solid Films. 588, 56-60 (2015).
- Kovalenko, M. V., Schaller, R. D., Jarzab, D., Loi, M. A., Talapin, D. V. Inorganically functionalized PbS-CdS colloidal nanocrystals: integration into amorphous chalcogenide glass and luminescent properties. J. Am. Chem. Soc. 134, 2457-2460 (2012).
- Novak, S., et al. Incorporation of luminescent CdSe/ZnS core-shell quantum dots and PbS quantum dots into solution-derived chalcogenide glass films. Opt. Mat. Exp. 3 (6), 729-738 (2013).
- Lu, C., Almeida, J. M. P., Yao, N., Arnold, C. Fabrication of uniformly dispersed nanoparticle-doped chalcogenide glass. Appl. Phys. Lett. 105, 261906 (2014).
- Zhao, X. -. Y., et al. Enhancement of the performance of organic solar cells by electrospray deposition with optimal solvent system. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 121, 119-125 (2014).
- Novak, S. . Electrospray deposition of chalcogenide glass films for gradient refractive index and quantum dot incorporation [dissertation]. , (2015).
- Tolansky, S. New contributions to interferometry, with applications to crystal studies. J. Sci. Instrum. 22 (9), 161-167 (1945).
- Archer, R. J. Determination of the properties of films on silicon by the method of ellipsometry. J. Opt. Soc. Am. 52 (9), 970-977 (1962).
- Hu, J., et al. Optical loss reduction in high-index-contrast chalcogenide glass waveguides via thermal reflow. Opt. Exp. 18 (2), 1469-1478 (2010).
- Hu, J., et al. Exploration of waveguide fabrications from thermally evaporated Ge-Sb-S glass films. Opt. Mater. 30, 1560-1566 (2008).
- Song, S., Dua, J., Arnold, C. B. Influence of annealing conditions on the optical and structural properties of spin-coated As2S3 chalcogenide glass thin films. Opt. Exp. 18 (6), 5472-5480 (2010).
- Deng, W., Klemic, J. F., Li, X., Reed, M. A., Gomez, A. Increase of electrospray throughput using multiplexed microfabricated sources for the scalable generation of monodisperse droplets. J. Aerosol. Sci. 37 (6), 696-714 (2006).
