Research is carried out at the Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory, which is supported by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, under Contract No. DE-SC0012704.

Achtung: Bitte beachten Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (MSDS) vor dem Gebrauch. Nanomaterialien können zusätzliche Gefahren im Vergleich zu ihren Großgegenstück haben. Bitte verwenden Sie alle geeigneten Sicherheitspraktiken beim Umgang mit Nanomaterialien bedeckten Substrate, einschließlich der Verwendung von technischen Massnahmen verwendet (Abzug) und persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Labormantel, in voller Länge Hosen, geschlossene Schuhe). 1. Vorbereitende Arbeiten <ol><li> Herstellung Aufdampfanlage <ol><li> Entlüften Sie die Abscheidungskammer auf Atmosphärendruck und öffnen Sie die Kammer. Die Entlüftung wird durch Drücken der Taste &quot;Start PC Venting&quot; auf der Steuerungs-Software-Schnittstelle, die automatisch startet eine Sequenz, die die Kammer auf Atmosphärendruck zu entlüften getan. Bei Erreichen der Atmosphärendruck in die Kammer zu öffnen, indem Sie den Frontzugriff Tür. </li><li> Montieren Sie einen Wolfram Verdampferschiffchen (Aluminiumoxid beschichtet) zwischen einem Paar von Elektroden, thermische Verdampfung. Platz 1g Wismut-Pellets in den Verdampferschiffchen. </li><li> Halterung eines Vanadium Sputtertarget zur Magnetronsputterquelle. Siehe Schritt 1.1.4) zum Abscheidungssystem, das nicht mit einer Sputterquelle ausgestattet ist. </li><li> (Optional, für Abscheidungssystem, das nicht mit einer Sputterquelle ausgestattet ist) Montieren einer Wolfram Verdampferschiffchen zwischen einem Paar von Elektroden, die thermische Verdampfung. Zeigen 0,5 g Vanadium Schnecken in die Verdampfungs Boot. </li><li> Schließen Sie die Mini-Bananenstecker (zwei für Heiz- / Kühlleistung und zwei für Temperaturfühler) des geschlossenen Regelkreis-Temperaturregler auf die elektrische Durchführung des Abscheidungssystems. </li></ol></li><li> Herstellung Aufwachssubstrate Anmerkung: Die Bildung von Wismut-Nanodrähten ist unempfindlich gegenüber dem Wachstumssubstrat der Wahl. Ähnliche Ergebnisse wurden von Glasobjektträger, Siliciumwafer, oder Blech erhalten wurde. Es wird von den Autoren, die das Substrat wird unmittelbar vor der Dampf gereinigt werden empfohlenAbscheidungsverfahren, um eine einheitliche Haftung der Vanadiumunterschicht zu erreichen. Verschiedene Substratreinigungstechniken, einschließlich Plasmareinigung und nasschemische Reinigung, angewendet werden und führen zu ähnlichen Ergebnissen. <ol><li> Reinigung der Wachstumssubstrate durch Sauerstoffplasma <ol><li> Legen Sie die Wachstumssubstrate in einen Plasmafilter und Pumpe in die Kammer, durch Drücken der &quot;VAC ON&quot; Knopf, um ihre Basisdruck von 10 mTorr. </li><li> Öffnen Sie die Sauerstoffgasventil und Sauerstoffgas einzuführen, um die Kammer mit der Taste &quot;GAS ON&quot; auf der Frontplatte und stellen Sie die Durchflussrate durch Drücken der &quot;INCR&quot; und &quot;DECR&quot; Tasten für Gasdurchflussregel um einen Kammerdruck aufrecht zu erhalten von etwa 100 mTorr. </li><li> Stellen Sie den Plasmaleistung von 20 W durch Drücken der &quot;INCR&quot; und &quot;DECR&quot; Tasten für die Motorsteuerung und zündet das Plasma durch Drücken der Taste &quot;RF ON&quot; Taste. </li><li> Warten Sie 5 Minuten, bevor Sie das Plasma durch Drücken der Taste &quot;; RF ON &quot;. Schaltfläche entlüften Kammer, indem Sie auf die Schaltfläche&quot; Bleed &quot;und rufen Sie die Untergründen. </li></ol></li><li> Reinigen der Wachstumssubstrate durch nasschemische Verfahren <ol><li> Tauchen Sie die Wachstumssubstrate in Aceton in einem Becherglas enthalten. Das Becherglas in ein Ultraschallgerät und beschallen für 2 Minuten bei maximaler Leistung. </li><li> Entfernen Sie die Substrate aus dem Becherglas und spülen Sie sie mit einem Strom von reinem Alkohol aus einer Waschflasche für 30 Sekunden. </li><li> Trocknen der Substrate in einem Strom von Stickstoffgas. </li></ol></li></ol></li><li> Substrat Be- und Abscheidungssystem Pump <ol><li> Halterung der Substrattemperatur-Steuereinheit, um den Substrathalter. </li><li> Verwenden Sie Federklammern, um die Wachstumssubstrate auf dem Peltier-Kühler / Heizeranordnung zu montieren. </li><li> Montieren Sie den komplett montierten Substrathalter in die Dampfabscheidungskammer, mit den Substraten mit Blick auf die Abscheidungsquellen. Schließen Sie die elektrische Durchführungen, um diePeltier-Kühler / Heizeranordnung. </li><li> Schließen der Substratverschluss um unbeabsichtigte Abscheidung auf das Substrat zu vermeiden. </li><li> Starten Sie die Abscheidungskammer Abpumpen. Das Pumpen wird durch Drücken der &quot;Start PC Pumping&quot; -Taste auf der Steuerungs-Software-Schnittstelle, die automatisch startet eine Sequenz, die die Kammer in ihrer Basis Druckpumpe durchgeführt. </li></ol></li></ol> 2. Wachstum der Nanodrähte Bismuth Anmerkung: Der Versuch wird nicht bewegt, zu dem nächsten Schritt, bis der Basisdruck der Abscheidungskammer wurde 2 × 10 -6 Torr oder weniger erreicht ist. <ol><li> Die Abscheidung von Vanadium Unter Hinweis: Der beste experimentelle Reproduzierbarkeit erreicht wird, wenn der Vanadiumunterschicht durch das Magnetron-Sputter-Verfahren abgeschieden. In Abwesenheit von einer Sputterquelle, hohe Reproduzierbarkeit kann auch noch durch Abscheiden der Vanadiumunterschicht unter Verwendung von Wärmeverdampfungsverfahren erreicht werden, vorausgesetzt, dass dem Abscheidungssystem hasa niedrigen Basisdruck (≤ 5 × 10 -7 Torr). Siehe für die Details Schritt 3.1.2. <ol><li> Vanadium Abscheidung mit einem Magnetron-Sputter-Quelle. <ol><li> Beginnen Argonstrom in der Sputterquelle. Durchflussrate einstellen auf 40 sccm. </li><li> Einstellen Drehzahl der Turbomolekularpumpe für einen Kammerdruck von 2,5 mTorr. </li><li> Während die Kammer allmählich Erreichen seiner stationären Druck, stellen Sie die Stärke Kalibrierungsfaktoren in die QCM. Für Vanadium, beträgt die Dichte 5,96 g / cm 3 und die Z-Faktor 0,530. </li><li> Einschalten des DC-Sputterquelle und den Betriebs bei 200-250 W. Bei dem Abscheidungssystem durch die Autoren betrieben wird, ist die Abscheidungsrate von etwa 0,4 A / sec bei dieser Leistung. Ohne Öffnen der Substratverschluss, halten Sie die Quelle läuft für 2 min. HINWEIS: Durch diesen Schritt wird die natürliche Oxidschicht auf der Vanadium-Quelle entfernt, so dass frische Vanadium Oberfläche. </li><li> Öffnen Sie die Substratverschluss zu Vanadium Depositio startenn. In der Zwischenzeit Reset der summierten Dicke des QCM auf Null. </li><li> Weiterhin Abscheidung, bis eine scheinbare Dicke von 20 nm Aufnahme pro QCM Lesen. Schließen Sie die Substratverschluss. </li><li> Die Sputterleistung auf Null allmählich ab. Schalten Sie die Quelle aus. </li><li> Schalten Sie den Argonstrom. Bringen Sie die Turbomolekularpumpe, um seine volle Leistung. </li></ol></li><li> (Optional, für Abscheidungssystem, das nicht mit einer Sputterquelle ausgestattet ist) Vanadium Abscheidung mit einer thermischen Verdampfungsquelle. <ol><li> Aufgrund des hohen Schmelzpunktes von Vanadium (1.910 ° C) und ihre Bereitschaft, Oxidation, wird empfohlen, dass seine thermische Verdampfung bis zu einem Basisdruck von 5 × 10 -7 Torr oder darunter durchgeführt werden. </li><li> Stellen Sie die Dicke Kalibrierungsfaktoren in die QCM. Für Vanadium, beträgt die Dichte 5,96 g / cm 3 und die Z-Faktor 0,530. </li><li> Einschalten des thermischen Verdampfungsenergiezufuhr zu der Vanadiumquelle.Erhöhen Sie langsam Heizleistung auf die Wolfram-Boot, bis die Vanadium Schnecken schmelzen. </li><li> Wobei der Substratverschluss geschlossen gehalten wird, langsam Heizleistung zu erhöhen, bis einer Abscheidungsrate von 2Å / s erreicht wird, je QCM Lesen. Öffnen Sie die Substratverschluss zu Vanadium Abscheidung starten. In der Zwischenzeit Reset der summierten Dicke des QCM auf Null. </li><li> Weiterhin Abscheidung, bis eine scheinbare Dicke von 50 nm wird akkumuliert. Schließen Sie die Substratverschluss. </li><li> Die thermische Verdampfungsleistung auf Null allmählich ab. Schalten Sie die Quelle aus. </li></ol></li></ol></li><li> Die Ablagerung von Wismut Nano <ol><li> Für Wismut Abscheidung bei Temperaturen oberhalb oder unterhalb RT, stellen Sie den gewünschten Wert mit dem Temperaturregler. Warten, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. </li><li> Stellen Sie die Dicke Kalibrierungsfaktoren in die QCM. Wismut beträgt die Dichte 9,78 g / cm 3 und die Z-Faktor 0,790. </li><li> Schalten Sie die thermische Verdampfungsleistung supply zu der Wismutquelle. Erhöhen Sie langsam Heizleistung auf die Wolfram-Boot, bis die Abscheidungsrate von 2 Å / s erreicht wird, je QCM Lesen. </li><li> Öffnen Sie die Substratverschluss zu Bismut Abscheidung starten. In der Zwischenzeit Reset der summierten Dicke des QCM auf Null. </li><li> Weiterhin Abscheidung, bis eine scheinbare Dicke von 50 nm wird akkumuliert. Schließen Sie die Substratverschluss. </li><li> Die thermische Verdampfungsleistung auf Null allmählich ab. Schalten Sie die Quelle aus. </li><li> Schalten Sie die Energieversorgung des thermoelektrischen Kühler / Heizung. </li><li> Entlüften Sie die Abscheidungskammer auf Atmosphärendruck und öffnen Sie die Kammer. Abrufen der Substrathalter und sammeln die Bismut-Nanodrähte abgedeckt Substraten. </li></ol></li></ol>

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	<li>Hu, J. T., Odom, T. W., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+and+physics+in+one+dimension:+Synthesis+and+properties+of+nanowires+and+nanotubes.">Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes.</a> Acc. Chem. Res. 32, 435-445 (1999).</li><li>Akimov, A. 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Authors have nothing to disclose.

Das Wachstum der Nanodrähte Wismut ist, in einer physikalischen Dampfabscheidungssystem mit zumindest zwei Abscheidungsquellen, eine für Wismut und anderen für Vanadium durchgeführt werden. Es wird empfohlen, eine der Quellen ist eine Magnetronsputtervorrichtung Quelle für die Abscheidung von Vanadium. Hochvakuum wird durch eine Turbomolekularpumpen mit einer trockenen Spiralpumpe gesichert erreicht. Die Aufdampfanlage wird mit einer kalibrierten Quarzmikrowaage (QCM) zur in situ Dickenüberwachungsgeräte...

Nanodrähte beschränken den Transport von Ladungsträgern und anderen Quasiteilchen wie Photonen und Plasmonen in einer Dimension. Dementsprechend Nanodrähte weisen in der Regel neuartigen elektrischen, magnetischen, optischen und chemischen Eigenschaften, die sie für Anwendungen in der Mikro- / Nanoelektronik, Photonik, Medizintechnik, Umwelt- und Energie-Technologien zu gewähren nahezu unendlichen Potenzial. 1,2 Während der letzten zwei Jahrzehnte, zahlreiche Top-down- und Bottom-up-Ansätze wurden entwickelt, um eine breite Palette von hochwertigen Metall- oder Halbleiter-Nanodrähte im Labormaßstab. 3-6 Trotz dieser Entwicklungen Synthese beruht jeder Ansatz für bestimmte einzigartige Eigenschaften des Endprodukts für seinen Erfolg. Zum Beispiel ist das populäre Dampf-Flüssigkeit-Feststoff (VLS) Verfahren für die Halbleitermaterialien, die höhere Schmelzpunkte haben, und bilden eutektische Legierung mit entsprechenden katalytischen &quot;Keime&quot;. 7. Als Ergebnis bessere Passform, die Synthese eines NanodrahtMaterial von besonderem Interesse möglicherweise nicht von bestehenden Techniken abgedeckt werden. Als ein Halbmetall mit kleinen indirekten Bandüberdeckung (-38 meV bei 0 K) und ungewöhnlich leicht Ladungsträger, ist Wismut ein solches Beispiel. Verhält sich das Material bei geringen Abmessungen radikal anders im Vergleich zu ihrer Masse, als Quanteneinschluß könnte Bismut-Nanodrähten oder dünne Filme in ein Schmalbandabstand-Halbleiter zu machen. 8-12 In der Zwischenzeit wird die Oberfläche der Wismut bildet eine quasi-zweidimensionales Metall also deutlich mehr als die metallische Masse. 13,14 Es wurde gezeigt, dass die Oberfläche der Wismut erzielt eine Elektronenmobilität von 2 × 10 4 cm 2 V -1 s -1 und trägt sehr stark auf seine Thermokraft in Nanodrahtform. 15 Wie wie, gibt es erhebliche Interessen auf das Studium Bismut-Nanodrähte für elektronische und insbesondere thermoelektrische Anwendungen. 12-16 Aufgrund der Wismut sehr niedrigSchmelzpunkt (544 K) und die Bereitschaft zur Oxidation, bleibt es eine Herausforderung, hohe Qualität und einkristalline Nanodrähte Wismut mit traditionellen Dampfphase oder Lösungsphasentechniken Synthese. Zuvor wurde es von einigen Arbeitsgruppen beschrieben, dass einkristalline Wismut Nanodrähte wachsen bei niedrigen Ausbeute bei der Vakuumabscheidung von Bismut-Dünnschicht, die auf die Freisetzung von Stress in den Film eingebaut zugeschrieben wird. 17-20 In jüngster Zeit entdeckten wir eine neuartige Verfahren, das auf der thermischen Verdampfung des Wismut im Hochvakuum basiert und führt zu der skalierbaren Bildung von einkristallinen Bismut-Nanodrähte mit hoher Ausbeute. 21. Im Vergleich zu zuvor beschriebenen Verfahren, ist das einzigartige Merkmal dieses Verfahrens, dass das Wachstumssubstrat ist frisch beschichteten mit einer dünnen Schicht von nanoporösen Vanadium vor der Abscheidung Wismut. Während dessen thermische Verdampfung, infiltriert Wismutdampf in die nanoporöse Struktur der vanAdium Film und kondensiert dort als Nanodomänen. Da Vanadium nicht durch Kondenswasser Wismut benetzt, die infiltrierte Domänen anschließend aus dem Vanadium Matrix ausgetrieben, um ihre Oberflächenenergie zu lösen. Es ist die fortlaufende Vertreibung der Wismut-Nanodomänen, die die vertikale Bismut-Nanodrähte bildet. Da die Wismut-Domains sind nur 1-2 nm im Durchmesser, sind sie mit erheblichen Schmelzpunkt-Unterdrückung, die sie bei RT fast geschmolzenen macht. Als Ergebnis geht der Nanodrähte Wachstum mit der bei Raumtemperatur gehaltenen Substrats. Auf der anderen Seite, da die Wanderung der Wismut Domänen thermisch aktiviert wird, wobei die Länge und Breite der Nanodrähte können über einen weiten Bereich einfach durch Steuern der Temperatur des Wachstum-Substrats abgestimmt werden kann. Diese detaillierte Video-Protokoll soll dazu beitragen, neue Praktiker auf dem Gebiet zu vermeiden verschiedene häufige Probleme mit physikalische Gasphasenabscheidung von dünnen Schichten im Hochvakuum, sauerstofffreien Umgebung verbunden.

<table><tbody><tr><td>Bismuth</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>556130</td><td>Granular, 99.999%</td></tr><tr><td>Vanadium Slug</td><td>Alfa Aesar</td><td>42829</td><td>3.175&amp;nbsp;mm (0.125&amp;nbsp;in) dia x 6.35&amp;nbsp;mm (0.25&amp;nbsp;in) length, 99.8%</td></tr><tr><td>Vanadium Sputtering Target</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EJTVXXX253A2</td><td>3.00&quot; Dia. x 0.125&quot; Thick, 99.5%</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>179124</td><td>&gt;99.5%</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Alfa Aesar</td><td>33361</td><td>Anhydrous</td></tr><tr><td>Silicon Wafer</td><td>University Wafers</td><td></td><td>300 microns in thickness, (100) orientation</td></tr><tr><td>Silver Filled Epoxy</td><td>Circuit Works</td><td>CW2400</td><td>Two part conductive epoxy resin</td></tr><tr><td>Tungsten Boat, Alumina Coated</td><td>R. D. Mathis</td><td>S9B-AO-W</td><td>For bismuth thermal evaporation</td></tr><tr><td>Tungsten Boat</td><td>R. D. Mathis</td><td>S4-.015W</td><td>For vanadium thermal evaporation</td></tr><tr><td>RIE Plasma</td><td>Nordson March</td><td>CS-1701</td><td></td></tr><tr><td>PVD 75 Vapor Deposition Platform</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>PEDP75FTCLT001</td><td>Equipped with three thermal evaporation source and one DC magnetron sputtering source</td></tr><tr><td>Thermoelectric Temperature Controller</td><td>LairdTech</td><td>MTTC-1410</td><td></td></tr><tr><td>PT1000 RGD</td><td>LairdTech</td><td>340912-01</td><td>Temperature sensor for MTTC-1410</td></tr><tr><td>Thermoelectric Module</td><td>LairdTech</td><td>56910-502</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonicator</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>Tru-Sweep 175</td><td></td></tr></tbody></table>

seedless growth of bismuth nanowire array via vacuum thermal evaporation

Hier wird eine kernlose und Template-freie Technik wird gezeigt, skalierbar wachsen Bismut-Nanodrähten durch thermische Verdampfung im Hochvakuum bei RT. Herkömmlicherweise für die Herstellung von dünnen Metallfolien, die thermische Verdampfung Ablagerungen Wismut in eine Anordnung von vertikalen einkristalline Nanodrähte über eine flache Dünnfilm Vanadium bei RT gehalten, die frisch durch Magnetron-Sputtern oder thermische Verdampfung abgeschieden ist reserviert. Durch die Steuerung der Temperatur des Wachstumssubstrat die Länge und Breite der Nanodrähte können über einen weiten Bereich eingestellt werden. Verantwortlich für diese neue Technik ist eine bisher unbekannte Nanodrahtwachstumsmechanismus, die Wurzeln in der milden Porosität des Vanadium-Dünnfilm. In die Vanadium Poren infiltriert, die Wismut-Domains (~ 1 nm) durchführen zu hohe Oberflächenenergie, die ihren Schmelzpunkt unterdrückt und kontinuierlich treibt sie aus dem Vanadium-Matrix, um Nanodrähte bilden. Diese Entdeckung zeigt die Durchführbarkeit von skalierbaren Dampfphase synthESIS von hochreinen Nanomaterialien ohne Verwendung von Katalysatoren.

Die Querschnitts SEM-Bilder der Vanadiumunterschichten mittels Magnetron-Sputtern und thermische Verdampfungsverfahren gebildet werden, in Fig. 2 Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Bilder für Bismut-Nanodrähte bei verschiedenen Substrattemperaturen gebildet (Figur 3) dargestellt dargestellt. Die Kristallstruktur der Wismutnanodrähte wird durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), selektiven Bereichselektronenbeugung (SAED) und Röntgenbeugung (XRD) Studien (Figur...

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Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented.

Seedless Wachstum von Wismut Nanodraht-Array über Vacuum Thermal Evaporation

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

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Engineering

8.3K Aufrufe.  Brookhaven National Laboratory. A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented. 

Serie: Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays. Here, CNT arrays are defined as densely packed multi-walled carbon nanotubes oriented perpendicular to the growth substrate as a result of a growth process by the standard thermal chemical vapor deposition (CVD) technique.1,2 These CNT arrays are then exposed to vacuum annealing treatment to make them more hydrophobic or to dry oxidation treatment to render them more hydrophilic. The hydrophobic CNT arrays can be turned hydrophilic by exposing them to dry oxidation treatment, while the hydrophilic CNT arrays can be turned hydrophobic by exposing them to vacuum annealing treatment. Using a combination of both treatments, CNT arrays can be repeatedly switched between hydrophilic and hydrophobic.2 Therefore, such combination show a very high potential in many industrial and consumer applications, including drug delivery system and high power density supercapacitors.3-5
The key to vary the wettability of CNT arrays is to control the surface concentration of oxygen adsorbates. Basically oxygen adsorbates can be introduced by exposing the CNT arrays to any oxidation treatment. Here we use dry oxidation treatments, such as oxygen plasma and UV/ozone, to functionalize the surface of CNT with oxygenated functional groups. These oxygenated functional groups allow hydrogen bond between the surface of CNT and water molecules to form, rendering the CNT hydrophilic. To turn them hydrophobic, adsorbed oxygen must be removed from the surface of CNT. Here we employ vacuum annealing treatment to induce oxygen desorption process. CNT arrays with extremely low surface concentration of oxygen adsorbates exhibit a superhydrophobic behavior.

This article describes a simple method to fabricate vertically aligned carbon nanotube arrays by CVD and to subsequently tune their wetting properties by exposing them to vacuum annealing or dry oxidation treatment.

Dry Oxidation und Vakuumtempern Behandlungen für Tuning der Benetzungseigenschaften von Carbon Nanotube-Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

Forschung

Ingenieurwesen

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Die Analyse der Kontaktschnittstellen für Einzel GaN-Nanodraht-Geräte

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Kontakt Dotierung von Silizium-Oberflächen und Nanodrähte Mit Phosphororganische Verbindungen

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Chemie

Fabrication of Carbon Nanotube High-Frequency Nanoelectronic Biosensor for Sensing in High Ionic Strength Solutions

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them good candidates for high sensitivity biosensors. When a charged molecule binds to such a sensor surface, it alters the carrier density5 in the sensor, resulting in changes in its DC conductance. However, in an ionic solution a charged surface also attracts counter-ions from the solution, forming an electrical double layer (EDL). This EDL effectively screens off the charge, and in physiologically relevant conditions ~100 millimolar (mM), the characteristic charge screening length (Debye length) is less than a nanometer (nm). Thus, in high ionic strength solutions, charge based (DC) detection is fundamentally impeded6-8.
We overcome charge screening effects by detecting molecular dipoles rather than charges at high frequency, by operating carbon nanotube field effect transistors as high frequency mixers9-11. At high frequencies, the AC drive force can no longer overcome the solution drag and the ions in solution do not have sufficient time to form the EDL. Further, frequency mixing technique allows us to operate at frequencies high enough to overcome ionic screening, and yet detect the sensing signals at lower frequencies11-12. Also, the high transconductance of SWNT transistors provides an internal gain for the sensing signal, which obviates the need for external signal amplifier.
Here, we describe the protocol to (a) fabricate SWNT transistors, (b) functionalize biomolecules to the nanotube13, (c) design and stamp a poly-dimethylsiloxane (PDMS) micro-fluidic chamber14 onto the device, and (d) carry out high frequency sensing in different ionic strength solutions11.

We describe the device fabrication and measurement protocol for carbon nanotube based high frequency biosensors. The high frequency sensing technique mitigates the fundamental ionic (Debye) screening effect and allows nanotube biosensor to be operated in high ionic strength solutions where conventional electronic biosensors fail. Our technology provides a unique platform for point-of-care (POC) electronic biosensors operating in physiologically relevant conditions.

Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen Hochfrequenztechnik Nanoelectronic Biosensor für Sensing in hoher Ionenstärke Lösungen

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them ...

Biotechnik

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a challenge, as it requires asymmetric growth of symmetric crystals. Here, we report a distinctive synthesis of substrate-bound Au nanowires. This template-free synthesis employs thiolated ligands and substrate adsorption to achieve the continuous asymmetric deposition of Au in solution at ambient conditions. The thiolated ligand prevented the Au deposition on the exposed surface of the seeds, so the Au deposition only occurs at the interface between the Au seeds and the substrate. The side of the newly deposited Au nanowires is immediately covered with the thiolated ligand, while the bottom facing the substrate remains ligand-free and active for the next round of Au deposition. We further demonstrate that this Au nanowire growth can be induced on various substrates, and different thiolated ligands can be used to regulate the surface chemistry of the nanowires. The diameter of the nanowires can also be controlled with mixed ligands, in which another &#34;bad&#34; ligand could turn on the lateral growth. With the understanding of the mechanism, Au nanowire-based nanostructures can be designed and synthesized.

We report a solution-based method to synthesize substrate-bound Au nanowires. By tuning the molecular ligands used during the synthesis, the Au nanowires can be grown from various substrates with different surface properties. Au nanowire-based nanostructures can also be synthesized by adjusting the reaction parameters.

Synthese von Substrat-gebundenen Au Nanodrähten über eine aktive Oberfläche Wachstumsmechanismus

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device applications. Zinc oxide (ZnO), a semiconductor with a wide bandgap (3.4 eV) and high electron saturation velocity has gained a great deal of attention as an attractive material for high speed devices. Efficient gate modulation, however, requires high-quality Schottky contacts on the barrier layer. In this article, we present our Schottky diode fabrication procedure on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructure with high density 2DEG which is achieved through strain modulation and incorporation of a few percent Be into the MgZnO-based barrier during growth by molecular beam epitaxy (MBE). To achieve high crystalline quality, nearly lattice-matched high-resistivity GaN templates grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used as the substrate for the subsequent MBE growth of the oxide layers. To obtain the requisite Zn-polarity, careful surface treatment of GaN templates and control over the VI/II ratio during the growth of low temperature ZnO nucleation layer are utilized. Ti/Au electrodes serve as Ohmic contacts, and Ag electrodes deposited on the O2 plasma pretreated BeMgZnO surface are used for Schottky contacts.

Attainment of high-quality Schottky contacts is imperative for achieving efficient gate modulation in heterostructure field effect transistors (HFETs). We present the fabrication methodology and characteristics of Schottky diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures with high-density two dimensional electron gas (2DEG), grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on GaN templates.

Herstellung von Schottky-Dioden auf Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostruktur gewachsen durch Plasmaunterstützte Molekularstrahl-Epitaxie

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Fabrication of Zero Mode Waveguides for High Concentration Single Molecule Microscopy

In single molecule fluorescence enzymology, background fluorescence from labeled substrates in solution often limits fluorophore concentration to pico- to nanomolar ranges, several orders of magnitude less than many physiological ligand concentrations. Optical nanostructures called zero mode waveguides (ZMWs), which are 100&#8722;200 nm in diameter apertures fabricated in a thin conducting metal such as aluminum or gold, allow imaging of individual molecules at micromolar concentrations of fluorophores by confining visible light excitation to zeptoliter effective volumes. However, the need for expensive and specialized nanofabrication equipment has precluded the widespread use of ZMWs. Typically, nanostructures such as ZMWs are obtained by direct writing using electron beam lithography, which is sequential and slow. Here, colloidal, or nanosphere, lithography is used as an alternative strategy to create nanometer-scale masks for waveguide fabrication. This report describes the approach in detail, with practical considerations for each phase. The method allows thousands of aluminum or gold ZMWs to be made in parallel, with final waveguide diameters and depths of 100&#8722;200 nm. Only common lab equipment and a thermal evaporator for metal deposition are required. By making ZMWs more accessible to the biochemical community, this method can facilitate the study of molecular processes at cellular concentrations and rates.

Described here is a nanosphere lithography method for parallel fabrication of zero mode waveguides, which are arrays of nanoapertures in a metal-clad glass microscopy coverslip for single molecule imaging at nano- to micromolar concentrations of fluorophores. The method takes advantage of colloidal crystal self-assembly to create a waveguide template.

Herstellung von Zero Mode Waveguides für die hochkonzentrierte Einzelmolekülmikroskopie

In single molecule fluorescence enzymology, background fluorescence from labeled substrates in solution often limits fluorophore concentration to pico- to ...