Düzgün kalınlığı Ge Elektro Biriktirme<sub> 23</sub> Sb<sub> 7</sub> S<sub> 70</sub> Ve de<sub> 40</sub> S<sub> 60</sub> Chalcogenide Cam Filmleri
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
Çözüm tabanlı elektrosprey film kaplama, sürekli, roll-to-roll işleme ile uyumludur, kalkojenit gözlük uygulanır. İki kalkojenit bileşimleri gösterilmiştir: Her iki düzlemsel orta-kızılötesi (orta IR) mikrofotonik cihazlar için yoğun çalışmalar yapılmıştır Ge 23 Sb 7 S 70 ve 40 gibi S 60. Bu yaklaşımda, tek tip kalınlıkta filmler bilgisayar nümerik kontrollü (CNC) bir hareket kullanılarak imal edilmiştir. Kalkojenit camı (CHG) yılan gibi kıvrımlı bir yol boyunca tek bir meme ile alt-tabaka üzerine yazılmıştır. Filmler kalan çözücüyü çıkarmak ve filmleri yoğunlaştırmak için vakum altında 100 ° C ile 200 ° C arasında ısıl işlem bir dizi tabi tutuldu. iletim Fourier göre kızıl ötesi (FTIR) spektroskopi ve pürüzlülük ölçüm yüzey, her iki bileşim de orta-IR bölgesinde faaliyet düzlemsel cihazların imalatı için uygun olduğu bulunmuştur. Kalıntı solvenKaldırma Ge 23 Sb 7 S 70 ile karşılaştırıldığında zamanda 40 S 60 film için çok daha hızlı olduğu bulunmuştur. elektrosprey avantajları göre bir gradyan refraktif indeks (GRIN) Katkı İR şeffaf kaplamanın doğrudan baskı Bu çalışmada iki bileşimlerin kırılma endeksi arasındaki fark göz önüne alındığında, öngörülmektedir.
Introduction
Kalgojenit camları (ChGs) eşit kalınlıkta, battaniye film biriktirme 1-3 onların geniş kızılötesi iletim ve amenability için iyi bilinmektedir. Yonga üzerindeki dalga kılavuzları, rezonatörler ve diğer optik bileşenler daha sonra litografi teknikleri ile bu film oluşturulabilir, ve daha sonra takip eden bir polimer kaplama mikrofotonik cihazları 4-5 imal etmek için. Biz geliştirmek istiyoruz bir anahtar uygulama birçok organik türün optik imzaları 6 olan orta-IR, faaliyet gösteren küçük, ucuz, son derece hassas bir kimyasal algılama cihazları olduğunu. Mikrofotonik kimyasal sensörler gibi radyasyon (gamma ve alfa) maruz kalma olasılığı nükleer reaktörlerde, yakın gibi sert ortamlarda dağıtılabilir. Dolayısıyla Fark elektro malzemelerin optik özelliklerinin modifikasyonu geniş bir çalışma önemlidir ve başka bir yazıda rapor edilecektir. ancak son zamanlarda bir yöntem olduğu gibi bu makalede, ChGs ve elektrosprey film kaplama, sergilenenChGs 7 uygulanır.
Bu toplu CHG hedeflerin termal buharlaştırma, ve spin kaplama, bir amin çözücü madde içinde çözündürülmüş CHG eden bir çözelti ile olduğu gibi çözelti-türevi teknikleri gibi buharla yerleştirme teknikleri,: Mevcut film biriktirme yöntemler iki sınıfa ayrılabilir. Genel olarak, örneğin, (çözelti türetilen filmler nedeniyle filmin matris 3 kalıntı çözücü varlığında ışık sinyalinin yüksek kaybına neden olma eğilimindedir, ancak buhar biriktirme fazla çözeltisi türetilmiş teknikleri benzersiz bir avantaj nanopartiküllerinin basit dahil olduğu, kuantum noktaları veya QD'lerin) önce spin-kaplama için 8-10. Bununla birlikte, nanopartiküller ve çekiş spin kaplı filmler 10 gözlenmiştir. buhar biriktirme ve spin kaplama yaklaşımlar eşit kalınlıkta, battaniye filmlerin oluşmasına çok uygundur Buna ek olarak, bu, lokalize birikintilerle veya oluşturulmuş eşit olmayan kalınlıkta filmler de yardımcı olmazlar. Furthermore, spin-kaplama ölçek büyütme, çünkü run-off alt tabakadan dolayı yüksek malzeme atık zor olduğunu ve sürekli bir süreç 11 değil çünkü.
Geçerli CHG film biriktirme teknikleri bazı zayıf taraflarını bertaraf etmek için, biz CHG malzemeleri sisteme elektrosprey uygulanmasını araştırdık. Bu işlemde, bir aerosol sprey, bir yüksek gerilim elektrik alanı 7 uygulanarak CHG çözeltisi oluşturulabilmektedir. Bu roll-to-roll işleme uyumlu sürekli bir işlem olduğu için, maddenin neredeyse% 100 kullanımı döndürmeli kaplama üzerinde bir avantaj olan, mümkündür. Ayrıca, bireysel CHG damlacıklarla tek QDS izolasyonu nedeniyle tahsil damlacıklar yüksek yüzey alanlı damlacıklarının hızlı kuruma kinetiği ile birlikte, Kulomb itme tarafından mekansal kendini dağıtma olmanın, daha iyi QD dağılımına yol açabileceği önerdi bu nedeniyle QDS hareketi en aza indirmekUçuş 7, 12. Son olarak, lokalize bırakma GRIN kaplamalar imal etmek için kullanılabilir bir avantaj ise damlacıklar viskozitesi artar. elektropüskürtmeyle ile CHG hem QD Kuruluş ve GRIN imalat keşifleri şu anda gelecek bir makalede olarak sunulmak üzere devam etmektedir.
Bu yayında, elektrosprey esnekliği lokalize yeminli ve düzgün kalınlığı filmleri hem gösterilmiştir. Düzlemsel fotonik uygulamalar için film uygunluğunun saptanması için, iletim Fourier dönüşümü kızıl ötesi (FTIR) spektroskopisi, yüzey kalitesi, kalınlığı ve kırılma indisi ölçümleri kullanılır dönüşümü.
Protocol
Representative Results
Discussion
alt-tabaka için sprey nisbetle serpentin hareketi tevdi muntazam kalınlıkta bir film başlangıcında, film kalınlığı profili artmaktadır. Y-yönünde kat edilen mesafe (alt-tabaka girişte) sprey çapını aşması halinde, akış oranı alt-tabaka üzerine her nokta için yaklaşık olarak eşit olur, ve kalınlık düzgünlüğü elde edilir. muntazam kalınlıkta electrosprayed film, teorik film kalınlığı, T uygun bırakma parametreleri belirlemek için kullanılır. Bu, Tablo 1 'de …
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).
