Χαρακτηρισμός του ψευδαργύρου Δείγματα nanorod οξείδιο χρησιμοποιώντας XE-Series Ατομικής Μικροσκόπια Δύναμης (AFM) από Πάρκο Systems

Θέματα που καλύπτονται

Σχετικά Πάρκο Συστήματα
Γενικά ζητήματα
XE-Series Επισκόπηση συστήματος
Γενική Διερεύνηση ZnO Δείγματα nanorod
Συμπέρασμα

Σχετικά Πάρκο Συστήματα

Πάρκο Systems είναι το ατομικό μικροσκόπιο δύναμης (AFM), ηγέτης στην τεχνολογία, την παροχή προϊόντων που καλύπτουν τις απαιτήσεις όλων των ερευνητικών και βιομηχανικών εφαρμογών νανοκλίμακα. Με ένα μοναδικό σχεδιασμό σαρωτή που επιτρέπει την αληθινή απεικόνιση μη Επικοινωνία στο υγρό και αέρα περιβάλλοντος, όλα τα συστήματα είναι πλήρως συμβατά με μια μακρά λίστα των καινοτόμων και ισχυρές επιλογές. Όλα τα συστήματα είναι σχεδιασμένα με την ευκολία χρήσης, την ακρίβεια και αντοχή στο μυαλό, και να παρέχουμε στους πελάτες σας με την απόλυτη πόρους για meetiong όλες τις σημερινές και μελλοντικές ανάγκες.

Διαθέτοντας τη μεγαλύτερη ιστορία στο AFM βιομηχανία, Πάρκο Συστήματα « ολοκληρωμένο χαρτοφυλάκιο προϊόντων, λογισμικού, υπηρεσιών και τεχνογνωσίας ταιριάζει μόνο με τη δέσμευσή μας προς τους πελάτες μας.

Γενικά ζητήματα

Οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) - ένα ευρύ bandgap (3.4 eV), II-VI σύνθετων ημιαγωγών με μια σταθερή δομή wurtzite (α = 0.325 nm, c = 0,521 nm) - προσφέρει τεράστιες δυνατότητες για την ηλεκτρονική, οπτοηλεκτρονικές, και magnetoelectronic εφαρμογές της συσκευής. Μέχρι σήμερα, έχει προσελκύσει εντατικές ερευνητικές προσπάθειες για τις μοναδικές του ιδιότητες και ευέλικτες εφαρμογές σε διαφανή ηλεκτρονικά, υπεριώδες φως εκπομπούς, πιεζοηλεκτρικές διατάξεις, χημικούς αισθητήρες και ηλεκτρονικά spin. Με βάση τις αξιόλογες φυσικές ιδιότητες του και το κίνητρο της μικρογράφησης συσκευή, έχουν μεγάλες προσπάθειες έχουν επικεντρωθεί στη σύνθεση, το χαρακτηρισμό, και εφαρμογές της συσκευής του ZnO νανοϋλικών. Ως εκ τούτου, μια κατάταξη των νανοδομών ZnO, όπως νανοσύρματα, νανοσωλήνες, nanorings, και νανο-τετραπόδων έχουν επιτυχώς αναπτυχθεί από μια ποικιλία μεθόδων, συμπεριλαμβανομένων χημική εναπόθεση ατμού, θερμική εξάτμιση, ηλεκτροαπόθεση, κλπ. Αυτές οι δομές έχουν υποβληθεί σε ηλεκτρικές μεταφορών, UV εκπομπή, αισθητήρες αερίου, και ferromangnetic μελέτες του ντόπινγκ, και τη σημαντική πρόοδο που έχει επιτευχθεί.

Σχήμα 1. Hexagonally καλλιεργούνται ZnO nanorod.

Οι προοπτικές εφαρμογής των νανοδομών ZnO σε μεγάλο βαθμό βασίζεται στην ικανότητα να ελέγχουν τη θέση τους, ευθυγράμμιση και πυκνότητα. Κάθετα ευθυγραμμισμένα νανοσύρματα / nanorods έχουν πολλά υποσχόμενες εφαρμογές για ηλεκτρονική πηγή εκπομπής πεδίου, κάθετη τρανζίστορ και διόδους εκπομπής φωτός (LED), με αποτέλεσμα να έχει προσελκύσει τεράστια προσοχή. Αν και η κατακόρυφη στοίχιση των νανοδομών ZnO μπορεί να επικουρείται από ένα ηλεκτρικό πεδίο, για τις περισσότερες περιπτώσεις, η ευθυγράμμιση γίνεται με ταίριασμα πλέγμα μεταξύ ZnO και της χρησιμοποιούμενης υπόστρωμα. Διάφοροι τύποι επιταξιακή υποστρώματα έχουν χρησιμοποιηθεί, συμπεριλαμβανομένων των ζαφείρι, GaN, ZnO ταινία επενδεδυμένων υποστρωμάτων, SiC, και Si. Αν και ζαφείρι έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως ως επιταξία υπόστρωμα για την κατακόρυφη αύξηση του ZnO νανοσύρματα, μπορεί να δει ότι GaN θα μπορούσε να είναι μια ακόμη καλύτερη υποψήφια, δεδομένου ότι έχει μια παρόμοια δομή κρυστάλλου και σταθερές πλέγματος να ZnO. Νανοσύρματα καλλιεργούνται σε GaN epilayers έδειξε καλύτερα κατακόρυφη στοίχιση από αυτά που παράγονται σε ζαφείρια. Το πρόσθετο πλεονέκτημα της απασχόλησης GaN ως υλικό υπόστρωμα αντί ζαφείρι (ή / και ZnO-based) έγκειται στο γεγονός ότι GaN έχει πολύ καλύτερες ηλεκτρικές ιδιότητες και είναι πολύ πιο εύκολο να ναρκώνεται με προσμίξεων για την επίτευξη p-τύπου υλικό.

Άμεσες μετρήσεις της μηχανικής, piezoelectrical, οπτικά, και μαγνητικής ιδιότητες των επιμέρους nanostructues είναι μάλλον δύσκολο αφού οι παραδοσιακές μέθοδοι μέτρησης που χρησιμοποιούνται για χύμα υλικά, δεν ισχύουν. Συνήθως, ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM) και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση και μέτρηση των φυσικών διαστάσεων και του προσανατολισμού της nanorods / νανοσύρματα. Ωστόσο, αυτές οι συμβατικές μέθοδοι παρουσιάζουν μείζονες περιορισμούς. Μεταξύ αυτών είναι η χωρική ψηφίσματα, τις τεχνικές προετοιμασίας του δείγματος, το χρόνο που αφιερώθηκε για τη συλλογή δεδομένων και ούτω καθεξής. Επιπλέον, εκτός από πληροφορίες για το μέγεθος και τον προσανατολισμό κανένα άλλο φυσικά χαρακτηριστικά ιδιότητες μπορεί να διερευνηθεί τόσο από την TEM και SEM μεθόδους. Από την άλλη πλευρά, ατομικό μικροσκόπιο δύναμης (AFM) προσφέρει ένα απλό, αποτελεσματικό, και η μη καταστρεπτική εναλλακτική λύση όχι μόνο για τη διερεύνηση μηχανικές ιδιότητες (μέγεθος, τον προσανατολισμό, elastical ιδιότητες, κλπ.), αλλά και ηλεκτρικής και μαγνητικής χαρακτηριστικά του ZnO νανο-δομών .

Παραδοσιακά AFM έχουν τα εργαλεία έχουν σχεδιαστεί με τον πυρήνα της σάρωσης μηχανισμό που βασιζόταν σε μια XYZ πιεζοηλεκτρικά σαρωτή σωλήνα. Ως εκ τούτου, cross-talk και τη μη γραμμικότητα ήταν εγγενώς ενσωματωμένη σε αυτό το σχεδιασμό. Η XE-series σύστημα σάρωσης, το οποίο έχει αναπτυχθεί από Πάρκο Systems αποσυνδεδεμένη την XY και Z-σαρωτές και εισήχθη ως η επόμενη γενιά AFM σχεδιασμό. Ως αποτέλεσμα, η πραγματική μη Επικοινωνία λειτουργία έχει ενεργοποιηθεί.

XE-Series Επισκόπηση συστήματος

Η XE σάρωση του συστήματος είναι ένα κύριο χαρακτηριστικό που δίνει το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα για την XE-σειρά AFMs . Πάρκο Συστήματα για τον καινοτόμο σχεδιασμό σαρωτή χωρίζει το Z-scanner από το XY-scanner, που επιτρέπει εξαιρετική Z-σερβο απόδοση, ορθογωνιότητα, και την ακρίβεια σάρωσης.

Σχήμα 2. Με βάση την XE τεχνολογία σάρωσης, XE-Series AFMs παρέχει διάφορους τρόπους SPM με εξαιρετική σταθερότητα και τη δυνατότητα εφαρμογής.

Το Z-scanner, το οποίο ελέγχει την κατακόρυφη κίνηση του AFM άκρη και είναι θεμελιώδης για την απόκτηση των πληροφοριών επιφανειακή μορφολογία της περιοχής, είναι απολύτως αποσυνδεδεμένη από την XY-σαρωτή η οποία κινείται ένα δείγμα σε Χ και Υ οριζόντιες κατευθύνσεις. Από τη δομή, XE-σειρά AFMs αφαιρέσετε καμπυλότητα φόντο από μια θεμελιώδη άποψη, και τείνει να άρει τον σταυρό-talk και τη μη γραμμικότητα προβλήματα που είναι εγγενή σε συμβατικά πιεζοηλεκτρικά σωλήνα με βάση AFM συστήματα.

Το Z-σαρωτής έχει σχεδιαστεί για να έχουν υψηλότερη συχνότητα συντονισμού από τα συμβατικά πιεζοηλεκτρικά σαρωτές σωλήνα. Για το λόγο αυτό, μια στοίβα πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή χρησιμοποιείται για την Z-σαρωτή με υψηλή push-pull ισχύ όταν την κατάλληλη προ-φορτωμένο. Δεδομένου ότι το Z-σερβο απόκρισης του συστήματος XE σάρωσης είναι πολύ ακριβή, ο καθετήρας μπορεί να ακολουθήσει με ακρίβεια την απότομη καμπυλότητα του δείγματος χωρίς να συντριβεί ή να κολλήσει στην επιφάνεια.

Στο πλαίσιο του συστήματος XE σάρωσης, το XY-scanner είναι ένα σώμα Καθοδηγούμενη σαρωτή κάμψη, η οποία χρησιμοποιείται για τη σάρωση ενός δείγματος στις κατευθύνσεις Χ και Υ μόνο. Η κάμψη δομή άρθρωση του XY-scanner εγγυάται εξαιρετικά ορθογώνια 2D κίνησης με ελάχιστη κίνηση out-of-αεροπλάνο. Η 2D στάδιο κάμψη του συστήματος XE σάρωση έχει μόνο 1-2 nm της κίνησης out-of-αεροπλάνο για τη σάρωση της τάξεως των 50 μm, σε σύγκριση με τις εγγενείς 80 nm από το σαρωτή electrictube πιεζοηλεκτρικών των συμβατικών AFMs πάνω από το ίδιο εύρος σάρωσης.

Η συμμετρική σχεδίαση σαρωτή κάμψη καθιστά επίσης δυνατή η τοποθέτηση πολύ μεγαλύτερα δείγματα από το στάδιο του δείγματος από ό, τι θα μπορούσε κανονικά να αντιμετωπιστεί μέσω ενός πιεζοηλεκτρικού σαρωτή τύπου σωλήνα. Επιπλέον, η συμμετρία επιτρέπει τη διατήρηση του σαρωτή ισορροπημένη, ακόμη και όταν ένα δείγμα είναι φορτωμένο, έτσι ώστε η δυναμική της XY-scanner δεν στρεβλώνεται από τον κάτοχο του δείγματος ή / και το φορτωμένο δείγμα. Αφού ο σαρωτής κάμψη κινείται μόνο στο XY-κατεύθυνση, μπορεί να σαρωθεί σε πολύ υψηλότερα ποσοστά (10 Hz ~ 50 Hz) από ό, τι θα ήταν δυνατή με ένα πρότυπο AFM .

Η XE-σειρά, όχι μόνο επιτυγχάνει μια διαρθρωτική σχεδιαστική καινοτομία που παράγει μια τάση ρύθμιση AFM απόδοση, αλλά εμπεριέχει και state-of-the-art βελτιώσεις στα ηλεκτρονικά. Η XE Ελέγχου Electronics ενσωματώνει προηγμένη ψηφιακή κυκλώματα με το λογισμικό ακρίβεια και τα στοιχεία υλικού που ενισχύουν υψηλή ταχύτητα και υψηλή ικανότητα επεξεργασίας των δεδομένων, τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να καταστεί δυνατή η σαρωτή, η μονάδα πυρήνα του AFM , που θα παρέχει αποτελεσματική, ακριβή και γρήγορα τον έλεγχο, και να διευκόλυνση της απόκτησης σταθερές εικόνες, ακόμη και πέρα ​​από μια ταχύτητα σάρωσης των 10 Hz.

Εκτός από την υψηλή ικανότητα μέτρησης της ταχύτητας, των ηλεκτρονικών XE είναι ελέγχει την κίνηση του AFM σύστημα ακριβώς από το κλειστό κύκλωμα του συστήματος σάρωσης, η οποία είναι απαραίτητη για κάθε επιπλέον χάρτη ιδιοκτησίας από το συγκεκριμένο σημείο της ενισχυμένης τοπογραφικές λεπτομέρειες. Εστω και αν μια AFM σύστημα μπορεί να επιτύχει την πρόσκτηση δεδομένων με πολλαπλούς τρόπους, εκτός αν το σύστημα εμφανίζει την ακριβή θέση των μετρήσεων, που χρειάζεται διόρθωση του λογισμικού (ή βαθμονόμηση) για τη χαρτογράφηση των δεδομένων σχετικά με την ακριβή θέση. Διόρθωση με το λογισμικό remapping συνήθως λειτουργεί καλά όταν η περιοχή απεικόνισης είναι συγκριτικά μικρό, αλλά κλειστού βρόχου σάρωση μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε περιοχή απεικόνισης χωρίς παραμόρφωση.

Γενική Διερεύνηση ZnO Δείγματα nanorod

Εμφανίζεται στα σχήματα 3 (α) και 3 (β) είναι True μη Επικοινωνία AFM εικόνες τοπογραφία επιφάνεια στο 5 μm x 5 μm κλίμακα του ZnO δείγματα nanorod καλλιεργούνται σε GaN-όπως υποστρώματα. Για την ανάπτυξη GaN, ζαφείρι ήταν το υπόστρωμα της επιλογής. Αυτά τα δείγματα ZnO nanorod είχαν καλλιεργηθεί με την τοποθέτηση του προτύπου GaN σε διάλυμα ψευδαργύρου πραγματοποιήθηκε το νιτρικό και hexamethyltetramine σε θερμοκρασία 60 ° C. Παρατηρούνται τόσο κάθετα όσο και οριζόντια προσανατολισμένη nanorods. Σχήμα 3 (α) εμφανίζει μια τρισδιάστατη (3D) προβολή της περιοχής σάρωσης, ενώ το Σχήμα 3 (β) δείχνει τόσο την κάτοψη εικόνα και τα αποτελέσματα αναλύσεων γραμμή προφίλ. Με βάση τα στοιχεία του Σχήματος 3 (β), το τυπικό ύψος για την κατακόρυφο προσανατολισμό δείγματα είναι στο nm 0,3 με 0,6 φάσμα nm, ενώ για την οριζόντια περίπτωση, το μήκος είναι στο εύρος 1,1 μm έως 2,0 μm, με διάμετρο έως και 1,2 μm.

Σχήμα 3 (α)

Σχήμα 3 (β)

Σχήμα 3. Μορφολογία του εδάφους στο 5 μm × 5 μm κλίμακα του ZnO δείγματα nanorod καλλιεργούνται σε GaN πρότυπα (α) προβολή 3D και (β) κάτοψη με πληροφορίες ανάλυση γραμμή. Η εικόνα που αποκτήθηκε με τη χρήση υψηλής ανιχνευτές άκρη πτυχή αναλογία στο 0,15 Hz με 256 x 256 pixel.

Τα στοιχεία 4 (α) και 4 (β) είναι ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM), εικόνες από το ίδιο δείγμα, όπως φαίνεται στα σχήματα 3 (α) και 3 (β). Οι μεγεθύνσεις εικόνας είναι 15.000 × για το σχήμα 4 (α) και 30.000 × για το σχήμα 4 (β), αντίστοιχα. Για την καλύτερη απεικόνιση, ένα 45 μοιρών γωνία κλίσης του δείγματος εργαζόταν. Παρόμοια με την AFM περίπτωση απεικόνισης, είναι τόσο οριζόντια όσο και κάθετα προσανατολισμένη nanorods ZnO που παρατηρήθηκαν με τις διαστάσεις του nm 0,30 με 0,50 ύψος nm (κάθετος προσανατολισμός), 1-2 μήκος μm (οριζόντιος προσανατολισμός), και μέχρι και 1 μm διάμετρο (οριζόντιο προσανατολισμό ). Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι το SEM απεικόνιση γίνεται σε μια γωνία 45 μοιρών δείγμα κλίση, το φυσικό nanorod διαστάσεις με βάση την αξιολόγηση SEM είναι μια πολύ στενή αντιστοιχία με τα ακριβή μεγέθη παρατηρηθεί άμεσα από την AFM έρευνα και αναφέρονται στα σχήματα 3α (α) και 3 ( β).

Σχήμα 4 (α)

Σχήμα 4 (β)

Σχήμα 4. Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) εικόνες του δείγματος ZnO nanorod αναφέρονται στα σχήματα 3α (ευγενική προσφορά της Bell Labs, Lucent Technologies). Μεγέθυνση εικόνας είναι 15.000 x για το σχήμα (α) και 30.000 x για το σχήμα (β), αντίστοιχα. A 45 μοίρες κλίση του δείγματος εργαζόταν.

Συμπέρασμα

Μονοδιάστατη (1D) νανοδομών ημιαγωγών, όπως ράβδοι, σύρματα, ζώνες, και οι σωλήνες έχουν προσελκύσει πολλή προσοχή τα τελευταία χρόνια λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων και την δυνατότητα τους να τα χρησιμοποιήσουν ως δομικά στοιχεία για φωτονικά, και βιολογικών επιστημών εφαρμογές. ZnO είναι άμεση-διάκενο ζώνης του ημιαγωγού με μεγάλο εξιτόνιο ενέργεια σύνδεσης, εκθέτοντας κοντά στο υπεριώδες εκπομπών και πιεζοηλεκτρισμός, βιο-ασφαλή και βιοσυμβατά. Η εντατική έρευνα έχει επικεντρωθεί σε κατασκευαστικές μονοδιάστατη νανοδομών ZnO και συσχετίζοντας μορφολογίας τους με μέγεθος που σχετίζονται με τους οπτικές, ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες. Μεταξύ των 1D νανοδομών, έχουν ZnO nanorods / νανοσύρματα μελετηθεί ευρέως λόγω της εύκολης σχηματισμού τους και τις εφαρμογές της συσκευής. AFM προσφέρει μια άμεση, μη καταστρεπτική, και εύκολο να λειτουργήσει μέθοδος χαρακτηρισμού, η οποία όχι μόνο επιτρέπει την ακριβή μέτρηση μηχανικών ιδιοτήτων των νανοδομών ZnO , αλλά προβλέπει επίσης μέσα για τη βελτίωση της σωματικής έρευνας ιδιότητες χρησιμοποιώντας προηγμένες λειτουργίες σάρωσης του καθετήρα. Η σειρά XE-AFM όργανα κατασκευάζονται και διανέμονται από Πάρκο Systems είναι εξοπλισμένο με state-of-the-art δυνατότητες τόσο από την άποψη του προτύπου (π.χ., μηχανική) και η προηγμένη (δηλαδή, ηλεκτρικές, μαγνητικές) επιλογές. Το νεότερο αρχιτεκτονικό σχεδιασμό της XE-σειρά εργαλείων που περιλαμβάνει την αποσύνδεση του XY και Z-σαρωτές και την επίτευξη της Αληθινής σάρωσης μη επαφή, δίνει τη δυνατότητα αυτά τα μέσα με ένα ευρύ φάσμα παραμέτρων σάρωσης και εφαρμογές ευελιξία.

Πηγή: Συστήματα Πάρκο

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτήν την πηγή μπορείτε να επισκεφθείτε Συστήματα Πάρκο .