Electrospray Deposizione di uniformità di spessore Ge<sub> 23</sub> Sb<sub> 7</sub> S<sub> 70</sub> E As<sub> 40</sub> S<sub> 60</sub> calcogenuri vetro Cinema
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
Soluzione a base di deposizione di film elettrospray, che è compatibile con continuo, il processo di roll-to-roll, viene applicato agli occhiali calcogenuri. Due composizioni calcogenuri sono dimostrati: Ge 23 Sb 7 S 70 e il 40 S 60, che sono stati entrambi ampiamente studiata per medio infrarosso (mid-IR) dispositivi microphotonic planari. In questo approccio, i film di spessore uniforme vengono fabbricati mediante l'uso di controllo (CNC) motion numerico del computer. vetro calcogenuro (ChG) è scritto sul substrato da un singolo ugello lungo un percorso a serpentina. Films sono stati sottoposti ad una serie di trattamenti termici tra 100 ° C e 200 ° C sotto vuoto per allontanare il solvente residuo e densificare film. Sulla base di Fourier trasmissione spettroscopia infrarossa in trasformata (FTIR) e la superficie misure di rugosità, entrambe le composizioni sono stati trovati per essere adatto per la fabbricazione di dispositivi planari operanti nella regione medio-IR. solvente residuorimozione è risultato essere molto più veloce per As 40 S 60 pellicola rispetto al Ge 23 Sb 7 S 70. Sulla base dei vantaggi di elettrospray, stampa diretta di un rivestimento trasparente gradiente di indice di rifrazione (GRIN) mid-IR è previsto, data la differenza di indice di rifrazione dei due composizioni in questo studio.
Introduction
Vetri calcogenuri (ChGs) sono ben noti per la loro trasmissione a infrarossi ampia e riconducibilità a spessore uniforme, la deposizione di film coperta 1-3. On-chip guide d'onda, risonatori e altri componenti ottici possono essere formati da questo film di tecniche di litografia, e quindi il successivo rivestimento polimerico per fabbricare dispositivi microphotonic 4-5. Un'applicazione chiave che cerchiamo di sviluppare è piccolo, poco costoso, dispositivi di rilevamento chimico altamente sensibili che operano nel mid-IR, dove molte specie organiche hanno firme ottici 6. sensori chimici Microphotonic possono essere distribuiti in ambienti difficili, come ad esempio nei pressi di reattori nucleari, in cui l'esposizione alle radiazioni (raggi gamma e alfa) è probabile. Quindi un ampio studio della modifica delle proprietà ottiche dei materiali elettrospray CHG è critica e sarà segnalato in un altro documento. In questo articolo, deposizione di film electrospray di ChGs è esposta, in quanto è un metodo solo recentementeapplicato a ChGs 7.
I metodi di deposizione di film esistenti possono essere classificati in due categorie: tecniche di deposizione di vapore, come l'evaporazione termica di obiettivi Chg rinfusa, e tecniche di soluzione derivate, ad esempio per spin-coating una soluzione di ChG disciolto in un solvente ammina. Generalmente, pellicole soluzione derivata tendono a produrre un aumento di perdita del segnale luminoso per la presenza di solvente residuo nella matrice film 3, ma un unico vantaggio di tecniche di soluzione derivata oltre deposizione di vapore è il semplice inserimento di nanoparticelle (ad esempio, quantum dots o QD) prima spin-coating 8-10. Tuttavia, l'aggregazione delle nanoparticelle è stata osservata in rotazione rivestite film 10. Inoltre, mentre la deposizione e spin-coating approcci vapori sono particolarmente adatti alla formazione di spessore uniforme, film coperta, essi non si prestano bene a deposizioni localizzate, o film di spessore non uniforme ingegnerizzati. Fnoltre, scale-up di spin-coating è difficile a causa di residui ad alta materiale dovuto al dilavamento dal substrato, e perché non è un processo continuo 11.
Per superare alcuni dei limiti delle attuali tecniche di deposizione di film Chg, abbiamo investigato l'applicazione elettrospray al sistema materiali Chg. In questo processo, uno spray aerosol può essere formata della soluzione ChG applicando un campo elettrico ad alta tensione 7. Poiché si tratta di un processo continuo che è compatibile con il processo di roll-to-roll, nei pressi utilizzo 100% di materiale è possibile, il che è un vantaggio rispetto spin-coating. Inoltre, abbiamo proposto che l'isolamento dei singoli QD nelle singole goccioline ChG aerosol potrebbe portare ad una migliore dispersione QD, a causa delle goccioline cariche essendo spazialmente auto-disperdente dalla repulsione Coulombiana, combinata con i più rapidi cinetiche essiccazione delle goccioline elevata area superficiale che minimizzano il movimento di QD causa dellaaumentando la viscosità delle goccioline mentre in volo 7, 12. Infine, la deposizione localizzata è un vantaggio che può essere utilizzato per fabbricare rivestimenti GRIN. Esplorazioni di entrambi incorporazione QD e GRIN fabbricazione di ChG con elettrospray sono attualmente in corso per essere presentata come un prossimo articolo.
In questa pubblicazione, la flessibilità del electrospray è dimostrata da entrambi deposizioni localizzati e film di spessore uniforme. Per studiare l'idoneità dei film per applicazioni fotoniche planari, trasmissione trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa (FTIR), qualità delle superfici, lo spessore, e le misurazioni dell'indice di rifrazione sono utilizzati.
Protocol
Representative Results
Discussion
All'inizio di un film spessore uniforme depositato con moto serpentina dello spray rispetto al substrato, il profilo spessore del film è in aumento. Una volta che la distanza percorsa nella direzione y supera il diametro dello spray (all'arrivo in substrato), il tasso di flusso diventa approssimativamente equivalente per ogni punto sul substrato, e si realizza uniformità di spessore. Per determinare i parametri di deposizione appropriati di un film di spessore uniforme electrosprayed, spessore del film teorica…
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 |
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