Caratterizzazione di campioni di ossido di zinco nanorod utilizzando XE-Series microscopi a forza atomica (AFM) Systems Parco

Argomenti trattati

Informazioni su Park Sistemi
Considerazioni generali
XE-Series Panoramica del sistema
Indagine generale di ZnO Campioni nanorod
Conclusione

Informazioni su Park Sistemi

Parco Sistemi è il microscopio a forza atomica (AFM) leader tecnologico, fornendo prodotti che rispondono alle esigenze di tutta la ricerca e applicazioni industriali su scala nanometrica. Con un design unico scanner che permette la vera senza contatto di imaging in ambiente liquido ed aria, tutti i sistemi sono pienamente compatibili con una lunga lista di opzioni innovative e potenti. Tutti i sistemi sono progettati con facilità d'uso, precisione e durata in mente, e offrire ai clienti le risorse meetiong finale per tutte le esigenze presenti e future.

Vanta la più lunga storia nel AFM settore, Parco Systems ' portafoglio completo di prodotti, software, servizi e competenze è pari solo al nostro impegno verso i nostri clienti.

Considerazioni generali

Ossido di zinco (ZnO) - un ampio bandgap (3,4 eV) II-VI semiconduttori composti con una struttura wurtzite stabile (a = 0,325 nm, c = 0,521 nm) - offre un enorme potenziale per elettronica, optoelettronica e le applicazioni del dispositivo magnetoelectronic. Fino ad oggi, ha attirato gli sforzi di ricerca intensiva per le sue proprietà uniche e versatili applicazioni in elettronica trasparente, emettitori di luce ultravioletta, dispositivi piezoelettrici, sensori chimici e l'elettronica di spin. Sulla base delle sue notevoli proprietà fisiche e le motivazioni del dispositivo di miniaturizzazione, grandi sforzi sono stati concentrati sulla sintesi, caratterizzazione ed applicazioni per dispositivi di nanomateriali ZnO. Come tale, un assortimento di nanostrutture di ZnO, quali nanofili, nanotubi, nanorings, e nano-tetrapodi sono stati cresciuti con successo da una varietà di metodi, tra cui deposizione chimica da fase vapore, evaporazione termica, elettrodeposizione, ecc Queste strutture sono state sottoposte a elettrico trasporto, emissione UV, rilevazione gas, e ferromangnetic studi doping, e notevoli progressi sono stati raggiunti.

Figura 1. Esagonale cresciuto ZnO nanorod.

Le prospettive di applicazione di nanostrutture di ZnO in gran parte si basano sulla capacità di controllare la loro posizione, l'allineamento e la densità. Nanofili allineati verticalmente / nanotubi sono promettenti applicazioni per emettitore campo elettronico, transistor verticale, e diodi emettitori di luce (LED), quindi hanno attirato grande attenzione. Anche se l'allineamento verticale di nanostrutture di ZnO può essere assistita da un campo elettrico, per la maggior parte dei casi, l'allineamento è realizzato abbinando reticolo tra ZnO e il substrato utilizzato. Diversi tipi di substrati epitassiali sono stati utilizzati, tra cui zaffiro, GaN, ZnO substrati rivestite con film, SiC, e SI. Anche se zaffiro è stato ampiamente utilizzato come substrato epitassia per la crescita verticale dei nanofili di ZnO, si può notare che GaN potrebbe essere un candidato ancora meglio visto che ha una struttura simile cristallo e costanti reticolari di ZnO. Nanofili cresciuti su epilayers GaN hanno mostrato un migliore allineamento verticale rispetto a quelle prodotte in zaffiro. L'ulteriore vantaggio di impiegare GaN come materiale di substrato, invece di zaffiro (e / o ZnO-based) sta nel fatto che la Gan ha proprietà elettriche molto meglio ed è molto più facile essere drogato con droganti di ottenere p-tipo di materiale.

Misure dirette delle proprietà meccaniche, piezoelettrico, ottico e magnetico di nanostructues individuali sono piuttosto impegnativo in quanto i metodi tradizionali di misura utilizzata per il materiale sfuso non si applicano. Tipicamente, la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e microscopia elettronica a scansione (SEM) sono stati impiegati per osservare e misurare le dimensioni fisiche e l'orientamento dei nanotubi / nanofili. Tuttavia, questi metodi convenzionali mostrano i limiti maggiori. Tra questi ci sono risoluzioni spaziali, tecniche di preparazione dei campioni, quantità di tempo speso per raccogliere i dati e così via. Inoltre, oltre a informazioni sulle dimensioni e l'orientamento non altre caratteristiche fisiche possono essere indagato sia dalla TEM e metodi SEM. D'altra parte, microscopio a forza atomica (AFM) offre un'alternativa semplice, efficiente e non distruttivi non solo di indagare le proprietà meccaniche (dimensioni, l'orientamento, proprietà elastical, ecc) ma anche caratteristiche elettriche e magnetiche di ZnO nano-strutture .

Tradizionali AFM strumenti sono stati progettati con il cuore del meccanismo di scansione contando su un tubo piezoelettrico scanner XYZ. Come tale, cross-talk e non-linearità erano intrinsecamente costruite in questo progetto. La serie XE scansione del sistema, che è stato sviluppato da Sistemi Parco disaccoppiati XY e Z-scanner ed è stato introdotto come la prossima generazione di AFM design. Di conseguenza, il Vero senza contatto modalità è stata attivata.

XE-Series Panoramica del sistema

Il sistema di scansione XE è una caratteristica fondamentale che dà il vantaggio competitivo alla serie XE AFMs . Parco sistemi di progettazione innovativo scanner separa la Z-scanner dal XY-scanner, consentendo eccezionale Z-servo prestazioni, ortogonalità, e la precisione di scansione.

Figura 2. Sulla base di XE Tecnologia di scansione, XE-Series AFMs fornire vari modi di SPM con la stabilità eccezionale e applicabilità.

Lo Z-scanner, che controlla il movimento verticale del AFM punta ed è fondamentale per acquisire le informazioni morfologia della superficie, è completamente disaccoppiato dalla XY-scanner che si muove su un campione nelle direzioni X e Y orizzontale. Dalla struttura, XE-serie AFMs rimuovere curvatura di fondo dal punto di vista fondamentale, ed elimina in modo efficace i problemi di cross-talk e non-linearità che sono intrinseci ai tradizionali tubi piezoelettrici basati AFM sistemi.

Lo Z-scanner è progettato per avere una frequenza più alta rispetto ai tradizionali scanner di risonanza del tubo piezoelettrico. Per questo motivo, un attuatore piezoelettrico impilati viene utilizzato per la Z-scanner con un alto push-pull forza opportunamente pre-caricati. Dato che la Z-servo di risposta del sistema XE scansione è molto accurata, la sonda può seguire con precisione la curvatura ripida di un campione senza crash o attaccarsi alla superficie.

Nel sistema di scansione XE, la XY-scanner è un guidate body scanner flessione, che viene utilizzato per la scansione di un campione nelle direzioni X e Y solo. La struttura cardine flessione del XY-scanner garantisce altamente ortogonali movimento in 2D con un minimo out-of-plane movimento. La fase di flessione 2D del sistema di scansione XE è solo 1-2 nm di out-of-plane movimento per l'intervallo di scansione di 50 micron, rispetto ai 80 nm inerente dallo scanner electrictube piezo convenzionali AFMs su tutta la gamma stessa scansione.

Il disegno simmetrico scanner flessione rende anche possibile inserire campioni molto più grande sul palcoscenico campione di quello che potrebbe normalmente essere ospitati da uno scanner piezoelettrico di tipo tubo. Inoltre, la simmetria consente di mantenere lo scanner equilibrato anche quando un campione viene caricato, in modo che la dinamica del XY-scanner non viene distorto dal titolare del campione e / o il campione caricato. Dato che lo scanner flessione si muove solo nella direzione XY, è possibile eseguire la scansione a velocità molto più alta (10 Hz ~ 50 Hz) di quanto sarebbe possibile con uno standard AFM .

Il XE-serie non solo realizza un progetto di innovazione strutturale che produce una tendenza impostazione AFM prestazioni, ma porta anche state-of-the-art miglioramenti all'elettronica. Il XE Electronics Control incorpora avanzate circuiti digitali con il software di precisione e componenti hardware che consentono ad alta velocità e alta capacità di trattamento dei dati, che sono progettati per consentire lo scanner, l'unità centrale del AFM , per fornire il controllo efficiente, preciso e veloce, e per facilitare l'acquisizione di immagini stabili anche oltre una velocità di scansione di 10 Hz.

Oltre alla capacità di misurazione ad alta velocità, elettronica XE controlla il movimento del AFM sistema proprio dal sistema a circuito chiuso di scansione, che è indispensabile per mappare ogni proprietà aggiuntiva per il punto stesso di approfondito i dettagli topografici. Anche se un AFM sistema in grado di acquisire dati con diverse modalità, a meno che il sistema visualizza l'esatta posizione di misura, ha bisogno di correzione software (o taratura) per mappare i dati relativi alla posizione esatta. Correzione da un software rimappatura di solito funziona bene quando l'area di imaging è relativamente piccolo, ma a ciclo chiuso di scansione è applicabile su qualsiasi area di esposizione senza distorsioni.

Indagine generale di ZnO Campioni nanorod

Indicato nelle figure 3 (a) e 3 (b) sono veri senza contatto AFM immagini della superficie topografica al 5 micron x 5 scala micron di ZnO nanorod campioni cresciuti su substrati GaN-like. Per la crescita GaN, zaffiro è il substrato di scelta. Questi esemplari nanorod di ZnO sono stati coltivati ​​mettendo il modello GaN in una soluzione di nitrato di zinco e hexamethyltetramine tenuto ad una temperatura di 60 ° C. Entrambi i nanotubi orientati verticalmente e orizzontalmente sono osservati. Figura 3 (a) mostra una tridimensionale (3D) vista dell'area di scansione, mentre la figura 3 (b) mostra sia la vista dall'alto immagine e linea i risultati delle analisi del profilo. Sulla base dei dati della figura 3 (b), l'altezza tipici per gli esemplari con orientamento verticale è in nm 0,3-0,6 nm, mentre per il caso orizzontale, la lunghezza è nel range 1,1 micron e 2,0 micron di diametro fino a 1,2 micron.

Figura 3 (a)

Figura 3 (b)

Figura 3. Morfologia della superficie a 5 micron × 5 micron scala di ZnO nanorod campioni cresciuti su modelli GaN (a) vista 3D e (b) vista dall'alto, con informazioni linea di analisi. L'immagine è stata acquisita utilizzando sonde ad alta aspetto punta rapporto a 0,15 Hz a 256 x 256 pixel di risoluzione.

Figure 4 (a) e 4 (b) microscopia elettronica a scansione (SEM), le immagini del campione stesso, come indicato nelle figure 3 (a) e 3 (b). Gli ingrandimenti delle immagini sono 15.000 × per la Figura 4 (a) e 30.000 × per la Figura 4 (b), rispettivamente. Per una migliore immagine, un campione di 45 gradi angolo di inclinazione è stato impiegato. Simile al AFM caso delle immagini, sia orizzontalmente che verticalmente nanotubi orientati ZnO sono stati osservati con dimensioni nel nm 0,30-0,50 nm altezza (orientamento verticale), 1-2 micron di lunghezza (orientamento orizzontale), e fino a 1 micron di diametro (orientamento orizzontale ). Considerando il fatto che SEM immagini viene eseguita con un angolo di campione di 45 gradi di inclinazione, le dimensioni fisiche nanorod basata sulla valutazione SEM è un match molto vicina alle dimensioni esatte direttamente osservata da AFM indagine e mostrato nelle figure 3 (a) e 3 ( b).

Figura 4 (a)

Figura 4 (b)

Figura 4. Microscopia elettronica a scansione (SEM), le immagini del campione ZnO nanorod indicato nelle figure 3 (per gentile concessione di Bell Labs, Lucent Technologies). Ingrandimento immagine è di 15.000 x di figura (a) e 30.000 x per la figura (b), rispettivamente. Un campione di 45 gradi di inclinazione è stato impiegato.

Conclusione

Nanostrutture di semiconduttori unidimensionale (1D), come barre, fili, nastri, tubi e hanno attirato molta attenzione negli ultimi anni grazie alle loro proprietà uniche e la possibilità di utilizzarli come mattoni per elettronica, fotonica e scienze della vita delle applicazioni. ZnO è una diretta bandgap semiconduttore con una energia eccitone grande legame, esibendo vicino emissione ultravioletta e piezoelettricità, bio-sicuri e biocompatibili. Un'intensa attività di ricerca si è focalizzata sulla fabbricazione unidimensionale nanostrutture di ZnO e nel correlare le loro morfologie con le loro dimensioni relative ottiche, proprietà elettriche e magnetiche. Tra le nanostrutture 1D, nanotubi di ZnO / nanocavi sono stati ampiamente studiati per la loro formazione facile e applicazioni del dispositivo. AFM offre una diretta, non distruttiva, e facile da usare metodo di caratterizzazione, che non solo permette una esatta misura delle proprietà meccaniche delle nanostrutture di ZnO , ma fornisce anche strumenti per migliorare le indagini fisiche, utilizzando avanzate modalità di scansione di sonda. La serie XE-AFM strumenti di prodotto e distribuito da Sistemi Parco sono dotate di state-of-the-art funzionalità sia in termini di standard (vale a dire, meccanica) e avanzato (cioè, elettriche, magnetiche) opzioni. L'ultimo progetto architettonico del XE-serie che comprende strumenti di disaccoppiamento di XY e Z-scanner e il raggiungimento degli vera scansione senza contatto, permette a questi strumenti con una vasta gamma di parametri di scansione e la flessibilità delle applicazioni.

Fonte: Sistemi Parco

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