Electropulverización La deposición de espesor uniforme Ge<sub> 23</sub> Sb<sub> 7</sub> S<sub> 70</sub> Y As<sub> 40</sub> S<sub> 60</sub> calcogenura las películas de cristal
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
basado en soluciones de deposición de película electrospray, que es compatible con, el procesamiento continuo de rollo a rollo, se aplica a vidrios. Dos composiciones calcogenuros se demuestran: Ge Sb 7 23 70 S y 40 S A medida 60, que ambos se han estudiado ampliamente para mediados de infrarrojos (IR) a mediados de los dispositivos microphotonic planas. En este enfoque, las películas de espesor uniforme se fabrican mediante el uso de movimiento controlado numérico por computadora (CNC). Calcogenuros de vidrio (CHG) está escrito sobre el sustrato por una sola boquilla a lo largo de una trayectoria de serpentina. Las películas se sometieron a una serie de tratamientos térmicos entre 100 ° C y 200 ° C bajo vacío para eliminar el disolvente residual y densificar las películas. Sobre la base de Fourier de transmisión de espectroscopía infrarroja por transformada (FTIR) y las mediciones de rugosidad de la superficie, se encontró que ambas composiciones para ser adecuado para la fabricación de dispositivos planares que operan en la región mid-IR. El disolvente residualSe observó que la retirada sea mucho más rápido para la medida 40 S 60 la película, en comparación con 23 Ge Sb 7 S 70. Sobre la base de las ventajas de electrospray, impresión directa de un revestimiento transparente gradiente de índice de refracción (GRIN) mid-IR se prevé, dada la diferencia de índice de refracción de las dos composiciones en este estudio.
Introduction
Vidrios calcogenuros (CHGS) son bien conocidos por su amplia transmisión por infrarrojos y receptividad en materia de espesor uniforme, manta de deposición de película 1-3. Guías de ondas en el chip, resonadores, y otros componentes ópticos se pueden formar a partir de esta película por técnicas de litografía, y luego recubrimiento de polímero posterior para fabricar dispositivos microphotonic 4-5. Una de las aplicaciones clave que buscamos desarrollar dispositivos es pequeño, barato, de alta sensibilidad de detección química que operan en el infrarrojo medio, donde muchas especies orgánicas tienen firmas ópticas 6. sensores químicos Microphotonic se pueden implementar en entornos difíciles, como cerca de los reactores nucleares, donde es probable que la exposición a la radiación (gamma y alfa). Por lo tanto, un amplio estudio de la modificación de las propiedades ópticas de los materiales electrospray CHG es crítica y se informará en otro papel. En este artículo, deposición de película electrospray de CHGS se exhibe, ya que es un método sólo recientementeaplicada a CHGS 7.
Los métodos de deposición de película existentes se pueden clasificar en dos clases: las técnicas de deposición de vapor, tales como la evaporación térmica de objetivos CHG mayor, y técnicas de solución derivado, tales como por recubrimiento por rotación una solución de ChG disuelto en un disolvente de amina. Generalmente, las películas de soluciones derivadas tienden a resultar en una mayor pérdida de la señal de la luz debido a la presencia de disolvente residual en la matriz de la película 3, pero una ventaja única de técnicas de solución derivada de más de deposición de vapor es la simple incorporación de nanopartículas (por ejemplo, puntos cuánticos o puntos cuánticos) antes de spin-coating 8-10. Sin embargo, la agregación de las nanopartículas se ha observado en las películas mediante revestimiento por centrifugación 10. Además, mientras que los enfoques de deposición y spin-recubrimiento en fase vapor están bien adaptados a la formación de un espesor uniforme, las películas de manta, que no se prestan bien a deposiciones localizadas, o películas de espesor no uniforme de ingeniería. Furthermore, ampliación de spin-revestimiento es difícil a causa de los residuos de alta material debido a la escorrentía del sustrato, y porque no es un proceso continuo 11.
Con el fin de superar algunas de las limitaciones de las técnicas actuales de deposición de película CHG, hemos investigado la aplicación de electrospray en el sistema de materiales de CHG. En este proceso, un pulverizador de aerosol se puede formar de la solución ChG mediante la aplicación de un campo eléctrico de alta tensión 7. Debido a que es un proceso continuo que es compatible con el procesamiento de rollo a rollo, el uso casi el 100% del material es posible, lo cual es una ventaja sobre spin-coating. Además, hemos propuesto que el aislamiento de los puntos cuánticos individuales en las gotitas ChG aerosol individuales podría conducir a una mejor dispersión QD, debido a las gotitas cargadas de ser espacialmente auto-dispersante por repulsión de Coulomb, combinado con la cinética de secado más rápido de las gotitas de gran superficie que reduzcan al mínimo el movimiento de los puntos cuánticos debido a laaumento de la viscosidad de las gotas, mientras que en vuelo 7, 12. Por último, la deposición localizada es una ventaja que puede ser utilizado para fabricar recubrimientos sonrisa. Exploraciones de ambos incorporación QD y fabricación de GRIN ChG con electrospray están actualmente en curso para ser presentado como un artículo futuro.
En esta publicación, la flexibilidad de electrospray se demuestra por ambas deposiciones localizadas y películas espesor uniforme. Para investigar la idoneidad de las películas para aplicaciones fotónicas planas, la transmisión de espectroscopía infrarroja por transformada de fourier (FTIR), calidad de superficie, grosor, y se utilizan mediciones de índice de refracción.
Protocol
Representative Results
Discussion
Al comienzo de una película de espesor uniforme depositado con el movimiento de serpentina de la pulverización con respecto al sustrato, el perfil de espesor de la película va en aumento. Una vez que la distancia recorrida en la dirección y excede el diámetro de la pulverización (al llegar al sustrato), la tasa de flujo se vuelve aproximadamente equivalente para todos los puntos sobre el sustrato, y se logra uniformidad de espesor. Para determinar los parámetros de deposición apropiadas de una película de espes…
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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