Electrospray Deposição de espessura uniforme, Ge<sub> 23</sub> Sb<sub> 7</sub> S<sub> 70</sub> E Como<sub> 40</sub> S<sub> 60</sub> Films vidro chalcogenide
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
-Solução baseada deposição de filmes por electropulverização, que é compatível com o processamento contínuo, rolo a rolo, é aplicado aos vidros calcogenetos. Duas composições calcogenetos são demonstradas: Ge 23 Sb 7 S 70 e 40 S 60, que ambos têm sido estudados extensivamente para infravermelho médio (mid-IR) dispositivos microphotonic planares. Nesta abordagem, os filmes espessura uniforme são fabricados através da utilização de movimento controlado computador numérico (CNC). vidro Chalcogenide (CHG) está escrito sobre o substrato por um único bocal ao longo de um caminho sinuoso. As películas foram submetidas a uma série de tratamentos térmicos entre 100 ° C e 200 ° C sob vácuo para eliminar solvente residual e densificar os filmes. Com base na transmissão de Fourier transformar espectroscopia de infravermelho (FTIR) e medições de aspereza de superfície, ambas as composições foram encontrados como sendo adequados para o fabrico de elementos planares operam na região do meio-IR. O solvente residualremoção verificou-se ser muito mais rápida do filme Como 40 s 60, em comparação com 23 Ge Sb 7 S 70. Com base nas vantagens de electropulverização, impressão directa de um revestimento transparente do índice de refracção (GRIN) mid-IV gradiente é visionado, dada a diferença de índice de refracção das duas composições neste estudo.
Introduction
Vidros chalcogenide (ChGs) são bem conhecidos por sua ampla transmissão infravermelha e receptividade ao espessura uniforme, deposição de filmes cobertor 1-3. Guias de onda on-chip, ressonadores, e outros componentes ópticos podem, então, ser formada a partir desta película por técnicas de litografia, e depois subsequente revestimento de polímero para fabricar dispositivos microphotonic 4-5. Uma aplicação chave que procuramos desenvolver é dispositivos pequenos e de baixo custo, altamente sensíveis sensores químicos que operam no mid-IR, onde muitas espécies orgânicas têm assinaturas ópticas 6. sensores químicos Microphotonic pode ser implantado em ambientes agressivos, como perto de reatores nucleares, onde a exposição à radiação (gama e alfa) é provável. Assim, um extenso estudo sobre a modificação das propriedades ópticas dos materiais electrospray CHG é crítica e será relatado em outro papel. Neste artigo, deposição de filmes de electrospray de ChGs é exibido, uma vez que é um método só recentementeaplicada a ChGs 7.
Os métodos de deposição de filmes existentes podem ser classificadas em duas classes: as técnicas de deposição de vapor, tais como evaporação térmica de alvos CHG grandes quantidades, e técnicas derivadas de solução, tais como por spin-coating uma solução de CHG dissolvido num solvente de amina. Geralmente, os filmes derivados de soluções tendem a resultar em maior perda do sinal de luz, devido à presença de solvente residual na matriz do filme 3, mas uma vantagem única de técnicas derivadas da solução durante a deposição de vapor é a simples incorporação de nanopartículas (por exemplo, pontos ou QDs quântica) antes spin-coating 8-10. No entanto, a agregação das nanopartículas tem sido observado em filmes revestidos por rotação 10. Além disso, enquanto que as abordagens de deposição e spin-coating vapor são bem adequadas para a formação de espessura uniforme, filmes de cobertura, que não se prestam bem a deposições localizadas, ou por engenharia películas de espessura não uniforme. Furthermore, scale-up de spin-coating é difícil por causa de resíduos material de alta devido ao run-off a partir do substrato, e porque não é um processo contínuo 11.
A fim de ultrapassar algumas das limitações das técnicas de deposição de filmes actuais CHG, nós investigamos a aplicação de electrospray para o sistema de materiais de CHG. Neste processo, um pulverizador de aerossol pode ser formada a solução de CHG por aplicação de uma alta tensão de campo eléctrico 7. Uma vez que é um processo contínuo, que é compatível com o processamento de rolo-a-rolo, perto de 100% de utilização de material é possível, o que é uma vantagem sobre spin-coating. Além disso, propuseram que o isolamento de QDs individuais nas gotículas CHG aerossol individuais poderia conduzir a uma melhor dispersão QD, devido às gotículas carregadas estar espacialmente auto-dispersante por repulsão de Coulomb, combinada com a cinética de secagem mais rápida das gotículas de área superficial elevada que minimizar o movimento de QDs devido àaumentando a viscosidade das gotículas durante o vôo 7, 12. Finalmente, a deposição localizada é uma vantagem que pode ser utilizado para fabricar revestimentos GRIN. Explorações de ambos incorporação QD e GRIN fabricação de CHG com electrospray estão em andamento para ser apresentado como um artigo futuro.
Nesta publicação, a flexibilidade da electropulverização é demonstrada por ambas as deposições de filmes e localizadas espessura uniforme. Para investigar a adequação dos filmes para aplicações em fotônica planares, a transmissão transformada de Fourier espectroscopia no infravermelho (FTIR), qualidade da superfície, espessura e medições de índice de refração são utilizados.
Protocol
Representative Results
Discussion
No início de uma película de espessura uniforme depositado com movimento em serpentina do pulverizador em relação ao substrato, o perfil de espessura da película está a aumentar. Uma vez que a distância percorrida na direcção y excede o diâmetro do pulverizador (aquando da chegada ao substrato), a taxa de fluxo torna-se aproximadamente equivalente para todos os pontos sobre o substrato, e a uniformidade de espessura é alcançado. Para determinar os parâmetros de deposição adequadas de uma película de espe…
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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