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.

Atenção: Por favor, consulte todas as fichas de dados de segurança do material (MSDS) relevantes antes de usar. Os nanomateriais podem ter riscos adicionais em comparação com o seu homólogo granel. Utilize todas as práticas de segurança adequadas ao manusear substratos coberto de nanomaterial, incluindo o uso de controles de engenharia (extractor de fumo) e equipamentos de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calça de corpo inteiro, fechou-toe sapatos). 1. Trabalhos preparatórios <ol><li> Preparação do sistema de deposição de vapor <ol><li> Faça a ventilação da câmara de deposição de pressão atmosfera e abrir a câmara. A ventilação é feito pressionando o botão &quot;Start PC ventilação&quot; na interface do software de controle, que inicia automaticamente uma sequência que ventilar a câmara à pressão atmosférica. Ao alcançar a pressão da câmara de atmosfera aberta puxando a porta Acesso frente. </li><li> Montar um barco evaporação de tungstênio (alumina revestido) entre um par de eléctrodos evaporação térmica. Coloque 1pelotas g de bismuto para o barco evaporação. </li><li> Montar um alvo vanádio pulverização catódica com a fonte de pulverização catódica. Consulte o passo 1.1.4) para o sistema de deposição que não está equipado com uma fonte de pulverização catódica. </li><li> (Opcional, para o sistema de deposição que não está equipado com uma fonte de pulverização catódica) montar um barco evaporação tungsténio entre um par de eléctrodos de evaporação térmica. Coloque 0,5 g lesmas vanádio no barco evaporação. </li><li> Ligue os conectores mini-bananas (dois para o aquecimento / arrefecimento e potência de dois para sonda de temperatura) do controlador de temperatura de circuito fechado para a passagem direta elétrica do sistema de deposição. </li></ol></li><li> Preparação de substratos de crescimento Nota: A formação de nanofios de bismuto é insensível ao substrato de crescimento de escolha. Resultados semelhantes foram obtidos a partir de lâminas de vidro, placa de silício, ou folha de metal. É recomendado pelos autores que o substrato deve ser limpos imediatamente anterior à vaporprocesso de deposição, a fim de conseguir uma adesão consistente da subcamada de vanádio. Várias técnicas de limpeza do substrato, incluindo a limpeza de plasma e limpeza química húmida, pode ser aplicada e levar a resultados semelhantes. <ol><li> Limpar os substratos de crescimento por plasma de oxigênio <ol><li> Coloque os substratos de crescimento em um aspirador de plasma e bombear a câmara, premindo o botão &quot;VAC ON&quot; botão, a sua pressão base de 10 mTorr. </li><li> Abra a válvula de gás oxigênio e introduzir gás oxigênio para a câmara pressionando o &quot;GAS ON&quot; botão no painel frontal e ajustar a taxa de fluxo, pressionando os botões &quot;decr&quot; para controle de fluxo de gás &quot;INCR&quot; e de manter uma pressão da câmara de cerca de 100 mTorr. </li><li> Defina a energia do plasma em 20 W, pressionando os botões &quot;decr&quot; &quot;INCR&quot; e para o controle de poder e inflamar o plasma, pressionando o &quot;RF ON&quot; botão. </li><li> Espere 5 minutos antes de desligar o plasma pressionando &quot;; RF ON &quot;. Botão ventilar a câmara premindo o botão&quot; Bleed &quot;e recuperar os substratos. </li></ol></li><li> Limpar os substratos de crescimento por método químico molhado <ol><li> Mergulhar os substratos de crescimento contidos em acetona numa proveta. Colocar a proveta numa ultrasonicator e sonicar durante 2 min à potência máxima. </li><li> Remover os substratos da proveta e lavá-los com uma corrente de álcool absoluto a partir de um frasco de lavagem durante 30 segundos. </li><li> Secam-se os substratos em uma corrente de azoto gasoso. </li></ol></li></ol></li><li> Carregamento de substrato e sistema de deposição de bombagem <ol><li> Montar o conjunto de controle de temperatura do substrato para o suporte de substrato. </li><li> Use grampos de mola para montar os substratos de crescimento na parte superior do conjunto de arrefecimento / aquecimento Peltier. </li><li> Montar o suporte do substrato totalmente montado dentro da câmara de deposição de vapor, com os substratos de frente para as fontes de deposição. Ligue os oríficios de passagem elétrica para oRefrigerador Peltier / montagem de aquecedor. </li><li> Fechar o obturador substrato para evitar a deposição não intencional para o substrato. </li><li> Começar a bombear para baixo da câmara de deposição. O bombeamento é feito pressionando o botão &quot;Iniciar PC Pumping&quot; na interface do software de controle, que inicia automaticamente uma sequência que bombear a câmara à sua pressão base. </li></ol></li></ol> 2. Crescimento de bismuto Nanowires Nota: A experiência não está a avançar para o próximo passo até que a pressão de base da câmara de deposição atingiu 2 × 10 -6 Torr ou menos. <ol><li> A deposição da camada interior vanádio Nota: O melhor reprodutibilidade experimental é obtida quando a camada interior de vanádio é depositado pelo método de descarga eléctrica do magnetrão. Na ausência de uma fonte de pulverização catódica, de alta reprodutibilidade pode também ser conseguida ainda por depositar a camada inferior de vanádio utilizando o método de evaporação térmica, desde que o sistema de deposição hasa pressão base baixa (≤ 5 × 10 -7 Torr). Consulte a etapa 3.1.2 para os detalhes. <ol><li> Deposição de vanádio com uma fonte de pulverização catódica. <ol><li> Iniciar o fluxo de árgon na fonte de pulverização catódica. Ajustar a taxa de fluxo para 40 sccm. </li><li> Ajuste a taxa de revolução da bomba turbomolecular para uma pressão na câmara de 2,5 mTorr. </li><li> Enquanto a câmara está a atingir gradualmente a sua pressão estado estacionário, defina os fatores de calibração espessura para a QCM. Para vanádio, a densidade é de 5,96 g / cm3 e o factor-Z é 0,530. </li><li> Ligue a fonte de pulverização catódica DC e definir o poder em 200-250 W. Para o sistema de deposição operado pelos autores, a taxa de deposição é de cerca de 0,4 A / seg a este poder. Sem abrir o obturador substrato, manter a fonte de corrente durante 2 minutos. NOTA: Com este passo o óxido nativo na fonte de vanádio é removida, expondo a superfície de vanádio fresco. </li><li> Abra o obturador substrato para iniciar Depositio vanádion. Nesse meio tempo, redefinir a espessura acumulada da QCM a zero. </li><li> Continuar até que a deposição de uma espessura aparente de 20 nm é acumulada, por leitura QCM. Feche o obturador substrato. </li><li> Gradualmente diminuir a potência de descarga eléctrica para zero. Desligue a fonte. </li><li> Desligue o fluxo de árgon. Retornar a bomba turbomolecular à sua potência máxima. </li></ol></li><li> (Opcional, para o sistema de deposição que não está equipado com uma fonte de pulverização) a deposição de vanádio com uma fonte de evaporação térmica. <ol><li> Devido ao elevado ponto de fusão de vanádio (1910 ° C) e a sua disponibilidade para a oxidação, é recomendável que a sua evaporação térmica ser conduzida a uma pressão de base de 5 × 10 -7 Torr ou menos. </li><li> Defina os fatores de calibração espessura para a QCM. Para vanádio, a densidade é de 5,96 g / cm3 e o factor-Z é 0,530. </li><li> Ligue a energia de evaporação térmica para fornecimento a fonte de vanádio.Lentamente, aumentar o poder de aquecimento para o barco de tungstênio até as lesmas vanádio derreter. </li><li> Com o obturador substrato mantidas fechadas, lentamente aumentar o poder de aquecimento até uma velocidade de deposição de 2 A / sec é alcançado, por leitura QCM. Abrir o obturador do substrato para iniciar a deposição de vanádio. Nesse meio tempo, redefinir a espessura acumulada da QCM a zero. </li><li> Continuar até que a deposição de uma espessura aparente de 50 nm, são acumuladas. Feche o obturador substrato. </li><li> Gradualmente diminuir a potência de evaporação térmica a zero. Desligue a fonte. </li></ol></li></ol></li><li> A deposição de nanofios de bismuto <ol><li> Para a deposição de bismuto a temperatura acima ou abaixo da temperatura ambiente, ajustar o valor desejado para o controlador de temperatura. Aguardar até que a temperatura desejada seja atingida. </li><li> Defina os fatores de calibração espessura para a QCM. Para bismuto, a densidade é de 9,78 g / cm3 e o factor-Z é 0,790. </li><li> Ligue a energia evaporação térmica suplicar à fonte de bismuto. Lentamente, aumentar o poder de aquecimento para o barco de tungstênio até que a taxa de deposição de 2 Å / s é alcançado, por leitura QCM. </li><li> Abra o obturador substrato para começar a deposição de bismuto. Nesse meio tempo, redefinir a espessura acumulada da QCM a zero. </li><li> Continuar até que a deposição de uma espessura aparente de 50 nm, são acumuladas. Feche o obturador substrato. </li><li> Gradualmente diminuir a potência de evaporação térmica a zero. Desligue a fonte. </li><li> Desligue a fonte de alimentação para o elétrico refrigerador / aquecedor térmico. </li><li> Faça a ventilação da câmara de deposição de pressão atmosfera e abrir a câmara. Recuperar o suporte de substrato e recolher os nanofios de bismuto substratos cobertos. </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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Phys. 14, 7065-7075 (2012).</li><li>Liu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-Energy+Induced+Formation+of+Single+Crystalline+Bismuth+Nanowires+over+Vanadium+Thin+Film+at+Room+Temperature.">Surface-Energy Induced Formation of Single Crystalline Bismuth Nanowires over Vanadium Thin Film at Room Temperature.</a> Nano Lett. 14, 5630-5635 (2014).</li></ol>

Authors have nothing to disclose.

O crescimento de nanofios de bismuto é para ser conduzida num sistema de deposição física de vapor com pelo menos duas fontes de deposição, um para outro e bismuto para vanádio. Recomenda-se que uma das fontes é uma fonte de pulverização catódica, para a deposição de vanádio. Alto vácuo é conseguido por um bombas turbomoleculares apoiados por uma bomba de deslocamento seco. O sistema de deposição de vapor está equipada com uma microbalança de cristal de quartzo calibrado (QCM) para monitorização <e...

Nanofios de limitar o transporte de portadores de carga e outros quasiparticles, tais como fótons e plasmons em uma dimensão. Assim, nanofios geralmente exibem novas propriedades elétricas, magnéticas, ópticas e químicas, que lhes concedem potencial quase infinita para aplicações em fotônica, eletrônica, tecnologias biomédicas, ambientais e relacionados com a energia micro / nano. 1,2 Durante as duas últimas décadas, numerosos top-down e bottom-up abordagens têm sido desenvolvidos para síntese de uma ampla gama de metais ou semicondutores nanofios de alta qualidade em escala de laboratório 3-6. Apesar destes desenvolvimentos, cada abordagem depende de determinadas propriedades únicas do produto final para o seu sucesso. Por exemplo, o método popular de vapor-líquido-sólido (VLS) é melhor ajuste para os materiais semicondutores que têm pontos de fusão mais elevados e formam liga eutéctica com correspondente &quot;sementes&quot; catalíticos. 7 Como resultado, a síntese de um nanofioo material de interesse particular não pode ser coberta por técnicas existentes. Como um semimetal com pequena sobreposição indireta band (-38 meV a 0 K) e portadores de carga invulgarmente luz, bismuto é um exemplo. O material se comporta radicalmente diferente em dimensão reduzida quando comparada ao seu volume, como confinamento quântico poderia transformar nanofios de bismuto ou filmes finos em um semicondutor lacuna de banda estreita. 8-12 Nesse meio tempo, a superfície de formas de bismuto um metal quase-bidimensional que é significativamente mais do que a sua massa metálica. 13,14 Mostrou-se que a superfície de bismuto alcança uma mobilidade dos electrões de 2 x 10 4 cm 2 seg -1 -1 V e contribui fortemente para a sua termoeléctrica em forma nanofio. 15 Como tal, existem interesses significativos no estudo de nanofios de bismuto para eletrônica e em determinadas aplicações termelétricas. 12-16 No entanto, devido ao bismuto de muito baixoponto de fusão (544 K) e prontidão para a oxidação, continua a ser um desafio para a síntese de alta qualidade e nanofios de bismuto cristalino únicos usando fase de vapor ou de soluções técnicas de fase tradicionais. Anteriormente, foi relatado por alguns grupos que único cristalinas nanofios de bismuto crescer em baixo rendimento durante a deposição em vácuo de película fina de bismuto, o que é atribuído à libertação de tensão embutido na película. 17-20 Recentemente, descobrimos um novo técnica que é baseada na evaporação térmica de bismuto sob alto vácuo e conduz à formação escalável de nanofios individuais bismuto cristalino de alto rendimento. 21 Comparando a previamente relatada métodos, a principal característica desta técnica é que o substrato de crescimento é recentemente revestidas com uma fina camada de nanoporoso vanádio antes da deposição de bismuto. Durante a evaporação térmica deste último, o vapor de bismuto infiltra-se na estrutura nanoporoso do furgãoadium filme e condensa lá como nanodomínios. Desde vanádio não seja humedecido por bismuto condensado, os domínios infiltradas são posteriormente expulsos a partir da matriz de vanádio para liberar sua energia de superfície. É a expulsão contínua dos nanodomínios bismuto que formam os nanofios de bismuto verticais. Uma vez que os domínios de bismuto são apenas 1-2 nm de diâmetro, que estão sujeitas a supressão do ponto de fusão significativa, o que os torna quase fundida à TA. Como resultado, o crescimento nanofios prossegue com o substrato realizada à temperatura ambiente. Por outro lado, como o da migração dos domínios de bismuto é activado termicamente, o comprimento e a largura dos nanofios pode ser sintonizado através de uma vasta gama por simplesmente controlar a temperatura do substrato de crescimento. Este protocolo de vídeo detalhado destina-se a ajudar os novos profissionais da área evitar vários problemas comuns associados com a deposição de vapor física de filmes finos em um ambiente livre de oxigênio alto vácuo.

<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

Aqui uma técnica sem sementes e sem modelo é demonstrado escalavelmente crescer nanofios de bismuto, por meio de evaporação térmica em alto vácuo à temperatura ambiente. Convencionalmente reservados para a fabricação de filmes finos de metal, depósitos de evaporação térmica de bismuto em uma matriz de nanofios verticais único cristalinos sobre uma película fina plana de vanádio realizada na RT, que é preparado na depositado por pulverização catódica magnetrão ou evaporação térmica. Ao controlar a temperatura do substrato de crescimento do comprimento e largura dos nanofios pode ser ajustado ao longo de um amplo intervalo. Responsável por esta nova técnica é um mecanismo de crescimento nanofio anteriormente desconhecido que as raízes na porosidade leve da película fina de vanádio. Infiltrados nos poros de vanádio, os domínios de bismuto (~ 1 nm) carregam energia excessiva superfície que suprime seu ponto de fusão e continuamente expulsa-los para fora da matriz de vanádio para formar nanofios. Esta descoberta demonstra a viabilidade de vapor escalável fase synthesis de alta pureza nanomateriais sem usar catalisadores.

As imagens de secção transversal SEM de subcamadas de vanádio formadas por pulverização catódica e evaporação térmica métodos são apresentados na Figura 2. A microscopia electrónica de varrimento imagens (SEM) são apresentados para os nanofios de bismuto formados em diferentes temperaturas de substrato (Figura 3). A estrutura cristalina dos nanofios de bismuto é determinada por meio de microscopia electrónica de transmissão (TEM), selectivo de difracçã...

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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.

Crescimento sem sementes de bismuto Nanowire matriz via vácuo evaporação térmica

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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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

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

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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.

Oxidação seca e vácuo Annealing Tratamentos para Ajustando as propriedades de umectação Matrizes Nanotubos de Carbono

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

Engenharia

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.

Ultra Density Array of alinhados verticalmente Nanofios orgânicos pequeno-moleculares sobre substratos Arbitrárias

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.

Análise de Contato Interfaces para únicos dispositivos de nanofios de GaN

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 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.

Templates atomicamente definidos para crescimento epitaxial do Complexo Óxido Filmes Finos

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

Química

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.

Fabricação de Nanotubos de Carbono de Alta Frequência Nanoelectronic Biosensor de Sensoriamento em High Solutions força iônica

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

Bioengenharia

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.

Síntese de nanofios de Au substrato ligados através de um mecanismo de crescimento ativo de superfície

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.

Um método padrão e confiável para fabricar nanoelectrónica bidimensional

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.

Fabricação de diodos de Schottky na Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure cultivadas por Epitaxia de feixe Molecular assistido por Plasma

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.

Fabricação de guias de ondas de modo zero para microscopia de molécula única de alta concentração

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