Shubnikov de Haas oscillations of a two-dimensional electron gas in a modulation-doped Zn0.80Cd0.20Se/ZnS0.06Se0.94 single quantum well

The magnetotransport properties of the two-dimensional (2D) electron gas confined in a modulation-doped Zn0.80Cd0.20Se/ZnS0.06Se0.94 single quantum well structure were studied at temperatures down to 0.35 K in magnetic fields up to 7.5 T. Well resolved 2D Shubnikovde Haas (SdH) oscillations were observed, although the conductivity of the sample in the as grown state was dominated by a bulk parallel conduction layer. After removing most of the parallel conduction layer by wet chemical etching the amplitude and number of SdH oscillations increased. From the temperature dependence of the amplitude the effective mass of the electrons was estimated as 0.17 m(0). Copyright (C) 1996 Published by Elsevier Science Ltd

Diamond growth by carbon ion implantation of diamond

Medium energy (5-25 keV) C-13(+) ion implantation into diamond (100) to a fluence ranging from 10(16) cm(-2) to 10(18) cm(-2) was performed for the study of diamond growth via the approach of ion beam implantation. The samples were characterized with Rutherford backscattering/channelling spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray photoemission spectroscopy and Auger electron spectroscopy. Extended defects are formed in the cascade collision volume during bombardment at high temperatures. Carbon incorporation indeed induces a volume growth but the diamond (100) samples receiving a fluence of 4 x 10(17) to 2 x 10(18) at. cm(-2) (with a dose rate of 5 x 10(15) at. cm(-2) s(-1) at 5 to 25 keV and 800 degrees C) showed no He-ion channelling. Common to these samples is that the top surface layer of a few nanometers has a substantial amount of graphite which can be removed by chemical etching. The rest of the grown layer is polycrystalline diamond with a very high density of extended defects.

Dislocation Reduction in GaN on Sapphire by Epitaxial Lateral Overgrowth

High quality GaN is grown on GaN substrate with stripe pattern by metalorganic chemical vapor deposition by means of epitaxial lateral overgrowth. AFM,wet chemical etching, and TEM experiments show that with a two-step ELOG procedure, the propagation of defects under the mask is blocked, and the coherently grown GaN above the window also experiences a drastic reduction in defect density. In addition, a grain boundary is formed at the coalescence boundary of neighboring growth fronts. The extremely low density of threading dislocations within wing regions makes ELOG GaN a potential template for the fabrication of nitride-based lasers with improved performance.

Indium-doping enhanced two-dimensional-electron-gas performance in AlGaN/GaN heterostructures

Indium (In)-doping was applied in GaN layers during growth of AlGaN/GaN heterostructure with unintentionally doped or modulation Si-doped AlGaN layers. It was found that In-doping was effective in improving electron sheet density of two-dimensional-electron-gas (2DEG) in the heterostructures. Furthermore, In-doping also improved mobility in heterostructures with Si modulation-doped in AlGaN layers. The possible reasons were discussed. X-ray diffraction (XRD) and wet chemical etching revealed that crystalline quality of GaN was improved by In-doping. It was proposed that In-doping modified growth kinetics of GaN.

Structural properties of SI-GaAs grown in space

The structural properties of Semi-insulating gallium arsenide (SI-GaAs) crystal grown with power-travelling technique in space have been studied by double-crystal x-ray diffractometry and chemical etching. The quality of the crystal was first evaluated by x-ray rocking-curve method. The full width at half maximum of x-ray rocking curve in space-grown SI-GaAs is 9.4+/-0.08 are seconds. The average density of dislocations revealed by molten KOH is 2.0 X 10(4) cm(-2), and the highest density is 3.1 X 10(4) cm(-2). The stoichiometry in the single crystal grown in space is improved as well. Unfortunately, the rear of the ingot grown in space is polycrystalline owing to being out of control of power. (C) 1999 COSPAR. Published by Elsevier Science Ltd.

Electrocatalytic properties of Cu-Zr amorphous alloy towards the electrochemical hydrogenation of nitrobenzene

The Cu-Zr amorphous alloy was studied as an electrocatalyst towards the electrochemical hydrogenation of nitrobenzene. The electrocatalyst was activated by chemical etching in HF solution. Resulted changes in the morphology, chemical composition and crystalline structure of the electrocatalyst surface were characterised by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Auger electron spectroscopy. The electrocatalytic properties of the Cu-Zr amorphous alloy were assessed by voltammetric measurements. Due to the formation and aggregation of Zr residue modified Cu nanocrystals on the surface caused by the selective dissolution of Zr components in the chemical etching, the activated amorphous alloy is an effective electrocatalyst for the electrochemical reduction reaction of nitrobenzene with aniline as the main product. The positive shift of the peak potential and accompanying increase in the value of peak current in voltammograms with increasing Cu content and decreasing Zr content of the alloy surface in the chemical etching are indicative of improved electrocatalytic activity. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Large-area silver-coated silicon nanowire arrays for molecular sensing using surface-enhanced Raman spectroscopy

A new and facile method to prepare large-area silver-coated silicon nanowire arrays for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)-based sensing is introduced. High-quality silicon nanowire arrays are prepared by a chemical etching method and used as a template for the generation of SERS-active silver-coated silicon nanowire arrays. The morphologies of the silicon nanowire arrays and the type of silver-plating solution are two key factors determining the magnitude of SERS signal enhancement and the sensitivity of detection; they are investigated in detail for the purpose of optimization.

Mask assisted fabrication of nanoislands of BiFeO3 by ion beam milling

We report on a low-damage method for direct and rapid fabrication of arrays of epitaxial BiFeO3(BFO) nanoislands. An array of aluminium dots is evaporated through a stencil mask on top of an epitaxial BiFeO3 thin film. Low energy focused ion beam milling of an area several microns wide containing the array-covered film leads to removal of the bismuth ferrite in between the aluminium-masked dots. By chemical etching of the remaining aluminium, nanoscale epitaxial bismuth ferrite islands with diameter ∼250 nm were obtained. Piezoresponse force microscopy showed that as-fabricated structures exhibited good piezoelectric and ferroelectric properties, with polarization state retention of several days.

Élaboration d’un simulateur de gravure par plasma de haute densité basé sur une approche cellulaire pour l’étude de profils dans divers matériaux

La réalisation de dispositifs à des dimensions sous-micrométriques et nanométriques demande une maîtrise parfaite des procédés de fabrication, notamment ceux de gravure. La réalisation des ces dispositifs est complexe et les exigences en termes de qualité et de géométrie des profils de gravure imposent de choisir les conditions opératoires les mieux adaptées. Les simulations de l'évolution spatio-temporelle des profils de gravure que nous proposons dans cette thèse s'inscrivent parfaitement dans ce contexte. Le simulateur que nous avons réalisé offre la possibilité de mieux comprendre les processus qui entrent en jeu lors de la gravure par plasma de profils dans divers matériaux. Il permet de tester l'influence des paramètres du plasma sur la forme du profil et donc de déterminer les conditions opératoires optimales. La mise au point de ce simulateur s'appuie sur les concepts fondamentaux qui gouvernent la gravure par plasma. À partir de l'état des lieux des différentes approches numériques pouvant être utilisées, nous avons élaboré un algorithme stable et adaptable permettant de mettre en évidence l'importance de certains paramètres clés pour la réalisation de profils de gravure par un plasma à haute densité et à basse pression. Les capacités de cet algorithme ont été testées en étudiant d'une part la pulvérisation de Si dans un plasma d'argon et d'autre part, la gravure chimique assistée par les ions de SiO2/Si dans un plasma de chlore. Grâce aux comparaisons entre profils simulés et expérimentaux, nous avons montré l'importance du choix de certains paramètres, comme la nature du gaz utilisé et la pression du plasma, la forme initiale du masque, la sélectivité masque/matériau, le rapport de flux neutre/ion, etc. Nous avons aussi lié ces paramètres à la formation de défauts dans les profils, par exemple celle de facettes sur le masque, de parois concaves, et de micro-tranchées. Enfin, nous avons montré que le phénomène de redépôt des atomes pulvérisés entre en compétition avec la charge électrique de surface pour expliquer la formation de profils en V dans le Pt pulvérisé par un plasma d'argon.

Characterization of Hydrothermally Annealed Low Temperature Bioactive Thin Film Coatings of Hydroxyapatite on TiAl6V4 Implant material

This thesis summarizes the results on the growth and characterisation of thin films of HA grown on TiAl6V4 (Ti) implant material at a lower substrate temperature by a combination of Pulsed laser deposition and a hydrothermal treatment to get sufficiently strong crystalline films suitable for orthopaedic applications. The comparison of the properties of the coated substrate has been made with other surface modification techniques like anodization and chemical etching. The in-vitro study has been conducted on the surface modified implants to assess its cell viability. A molecular level study has been conducted to analyze the adhesion mechanism of protein adhesion molecules on to HA coated implants.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Comparative characterisation by atomic force microscopy and ellipsometry of soft and solid thin films

Ellipsometry and atomic force microscopy (AFM) were used to study the film thickness and the surface roughness of both 'soft' and solid thin films. 'Soft' polymer thin films of polystyrene and poly(styrene-ethylene/butylene-styrene) block copolymer were prepared by spin-coating onto planar silicon wafers. Ellipsometric parameters were fitted by the Cauchy approach using a two-layer model with planar boundaries between the layers. The smooth surfaces of the prepared polymer films were confirmed by AFM. There is good agreement between AFM and ellipsometry in the 80-130 nm thickness range. Semiconductor surfaces (Si) obtained by anisotropic chemical etching were investigated as an example of a randomly rough surface. To define roughness parameters by ellipsometry, the top rough layers were treated as thin films according to the Bruggeman effective medium approximation (BEMA). Surface roughness values measured by AFM and ellipsometry show the same tendency of increasing roughness with increased etching time, although AFM results depend on the used window size. The combined use of both methods appears to offer the most comprehensive route to quantitative surface roughness characterisation of solid films. Copyright (c) 2007 John Wiley & Sons, Ltd.

Photocatalytic degradation of methylene blue by TiO(2)-Cu thin films: Theoretical and experimental study

In this work the effect of doping concentration and depth profile of Cu atoms on the photocatalytic and surface properties of TiO(2) films were studied. TiO(2) films of about 200 nn thickness were deposited on glass substrates on which a thin Cu layer (5 nm) was deposited. The films were annealed during 1 s to 100 degrees C and 400 degrees C, followed by chemical etching of the Cu film. The grazing incidence X-ray fluorescence measurements showed a thermal induced migration of Cu atoms to depths between 7 and 31 nm. The X-ray photoelectron spectroscopy analysis detected the presence of TiO(2), Cu(2)O and Cu(0) phases and an increasing Cu content with the annealing temperature. The change of the surface properties was monitored by the increasing red-shift and absorption of the ultraviolet-visible spectra. Contact angle measurements revealed the formation of a highly hydrophilic surface for the film having a medium Cu concentration. For this sample photocatalytic assays, performed by methylene blue discoloration, show the highest activity. The proposed mechanism of the catalytic effect, taking place on Ti/Cu sites, is supported by results obtained by theoretical calculations. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Photocatalyst TiO(2)-Co: the effect of doping depth profile on methylene blue degradation

In this work, we study the effect of doping depth profile on the photocatalytic and surface properties of TiO(2) films. Two thin film layers of TiO(2) (200 nm) and Co (5 nm), respectively, were deposited by physical evaporation on glass substrate. These films were annealed for 1 s at 100 and 400 A degrees C and the Co layer was removed by chemical etching. Atomic force microscopy (AFM) phase images showed changes in the surface in function of thermal treatment. The grazing-incidence X-ray fluorescence (GIXRF) measurements indicated that the thermal treatment caused migration of Co atoms to below the surface, the depths found were between 19 and 29 nm. The contact angle showed distinct values in function of the doped profile or Co surface concentration. The UV-vis spectra presented a red shift with the increasing of thermal treatment. Photocatalytical assays were performed by methylene blue discoloration and the higher activity was found for TiO(2)-Co treated at 400 A degrees C, the ESI-MS showed the fragments formed during the methylene blue decomposition.

A rapid and reliable bonding process for microchip electrophoresis fabricated in glass substrates

In this report, we describe a rapid and reliable process to bond channels fabricated in glass substrates. Glass channels were fabricated by photolithography and wet chemical etching. The resulting channels were bonded against another glass plate containing a 50-mu m thick PDMS layer. This same PDMS layer was also used to provide the electrical insulation of planar electrodes to carry out capacitively coupled contactless conductivity detection. The analytical performance of the proposed device was shown by using both LIF and capacitively coupled contactless conductivity detection systems. Efficiency around 47 000 plates/m was achieved with good chip-to-chip repeatability and satisfactory long-term stability of EOF. The RSD for the EOF measured in three different devices was ca. 7%. For a chip-to-chip comparison, the RSD values for migration time, electrophoretic current and peak area were below 10%. With the proposed approach, a single chip can be fabricated in less than 30 min including patterning, etching and sealing steps. This fabrication process is faster and easier than the thermal bonding process. Besides, the proposed method does not require high temperatures and provides excellent day-to-day and device-to-device repeatability.