CMOS-Compatible and Scalable Deposition of Nanocrystalline Zinc Ferrite Thin Film to Improve Inductance Density of Integrated RF Inductor

Development towards the combination of miniaturization and improved functionality of RFIC has been stalled due to the lack of high-performance integrated inductors. To meet this challenge, integration of magnetic material with high permeability as well as low conductivity is a must. Ferrite films are excellent candidates for RF devices due to their low cost, high resistivity, and low eddy current losses. Unlike its bulk counterpart, nanocrystalline zinc ferrite, because of partial inversion in the spinel structure, exhibits novel magnetic properties suitable for RF applications. However, most scalable ferrite film deposition processes require either high temperature or expensive equipment or both. We report a novel low temperature (< 200 degrees C) solution-based deposition process for obtaining high quality, polycrystalline zinc ferrite thin films (ZFTF) on Si (100) and on CMOS-foundry-fabricated spiral inductor structures, rapidly, using safe solvents and precursors. An enhancement of up to 20% at 5 GHz in the inductance of a fabricated device was achieved due to the deposited ZFTF. Substantial inductance enhancement requires sufficiently thick films and our reported process is capable of depositing smooth, uniform films as thick as similar to 20 mu m just by altering the solution composition. The method is capable of depositing film conformally on a surface with complex geometry. As it requires neither a vacuum system nor any post-deposition processing, the method reported here has a low thermal budget, making it compatible with modern CMOS process flow.

Analyzing the kinetic response of tin oxide-carbon and tin oxide-CNT composites gas sensors for alcohols detection

Tin oxide nanoparticles are synthesized using solution combustion technique and tin oxide - carbon composite thick films are fabricated with amorphous carbon as well as carbon nanotubes (CNTs). The x-ray diffraction, Raman spectroscopy and porosity measurements show that the as-synthesized nanoparticles are having rutile phase with average crystallite size similar to 7 nm and similar to 95 m(2)/g surface area. The difference between morphologies of the carbon doped and CNT doped SnO2 thick films, are characterized using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The adsorption-desorption kinetics and transient response curves are analyzed using Langmuir isotherm curve fittings and modeled using power law of semiconductor gas sensors. (C) 2015 Author(s).

Desenvolvimento de membranas de poli(éter imida) sultonada para a permeacão de gases

A busca por membranas com propriedades adequadas a separação de gases em escala industrial tem levado a modificação e sIntese de polImeros de engenharia, com objetivo de obter membranas com propriedades adequadas. Uma das modificaçoes que tem se apresentado promissora é a inserção de grupos sulfônicos em polImeros comerciais. Espera-se que o polImero sulfonado apresente um aumento na permeação de gases polares, em relação a gases apolares, devido a sua estrutura mais polar e flexIvel. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é a sIntese e caracterização de membranas de poli(éter imida) sulfonada para a permeação de gases. Um planejamento experimental foi desenvolvido, em diferentes condiçoes reacionais de temperatura, tempo e excesso de um dos reagentes (ácido acético), para a sIntese de poli(éter imida) sulfonada (SPEI). Através deste planejamento, constatou-se que as variáveis que mais influenciam o grau de sulfonação são a temperatura e o tempo. O polImero com o maior grau de sulfonação, determinado por capacidade de troca iônica (IEC= 92 mEq H+/g), foi utilizado para o preparo da membrana de SPEI, obtida pela técnica de inversão de fase por evaporação do solvente, utilizando-se clorofórmio como solvente. Este filme foi caracterizado a partir das seguintes análises: espectroscopia de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de avaliar a influência da inserção do grupo sulfônico na matriz polimérica. O espectro de infravermelho de SPEI apresentou bandas relacionadas as vibraçoes assimétricas em 1240 cm-1 (ligação O=S=O), ligação simétrica em 1171 cm-1 (O=S=O) e ligação S-O entre 1010-1024 cm-1. Isto indica a presença de grupos sulfônicos. A análise de DSC foi realizada entre 150-250C. Nesta faixa, não foram observadas alteraçoes na temperatura de transição vItrea (Tg) do polImero modificado (217C). Acredita-se que a decomposição do grupo sulfona aconteça antes da temperatura atingir o Tg do polImero. Esta suposição é confirmada na análise de TGA. As imagens de MEV mostraram que foram obtidos filmes livres de poros e defeitos. A membrana da SPEI foi utilizada no ensaio de permeaçao dos gases 02, N2 e C02, a fim de determinar a permeabilidade e seletividade da membrana. As permeabilidades encontradas para o gas oxigênio foram de 0,76 barrer para a PEI e 0,46 barrer para a SPEI. A seletividade do dióxido de carbono em relaçao ao oxigênio aumentou de 3,5, na membrana de PEI, para 4,83, na membrana de SPEI. Em relaçao ao nitrogênio, as permeabilidades medidas foram 0,064 barrer e 0,043 barrer, para a PEI e para a SPEI, respectivamente, enquanto a seletividade em relaçao ao C02 aumentou de 41,1 para 55,5. Estes resultados indicam que o efeito de sorçao predominou devido ao aumento das interaçöes moleculares, reduzindo assim o volume livre, o que tornou a membrana sulfonada mais compacta, com permeabilidade menor e maior seletividade. Estes resultados corroboram com a premissa de que a sulfonaçao é um processo promissor para o desenvolvimento de membranas mais eficientes.

Heteroepitaxy of Group IV and Group III-V semiconductor alloys for photovoltaic applications

Photovoltaic energy conversion represents a economically viable technology for realizing collection of the largest energy resource known to the Earth -- the sun. Energy conversion efficiency is the most leveraging factor in the price of energy derived from this process. This thesis focuses on two routes for high efficiency, low cost devices: first, to use Group IV semiconductor alloy wire array bottom cells and epitaxially grown Group III-V compound semiconductor alloy top cells in a tandem configuration, and second, GaP growth on planar Si for heterojunction and tandem cell applications.

Metal catalyzed vapor-liquid-solid grown microwire arrays are an intriguing alternative for wafer-free Si and SiGe materials which can be removed as flexible membranes. Selected area Cu-catalyzed vapor-liquid solid growth of SiGe microwires is achieved using chlorosilane and chlorogermane precursors. The composition can be tuned up to 12% Ge with a simultaneous decrease in the growth rate from 7 to 1 μm/min^-1. Significant changes to the morphology were observed, including tapering and faceting on the sidewalls and along the lengths of the wires. Characterization of axial and radial cross sections with transmission electron microscopy revealed no evidence of defects at facet corners and edges, and the tapering is shown to be due to in-situ removal of catalyst material during growth. X-ray diffraction and transmission electron microscopy reveal a Ge-rich crystal at the tip of the wires, strongly suggesting that the Ge incorporation is limited by the crystallization rate.

Tandem Ga_1-xIn_xP/Si microwire array solar cells are a route towards a high efficiency, low cost, flexible, wafer-free solar technology. Realizing tandem Group III-V compound semiconductor/Si wire array devices requires optimization of materials growth and device performance. GaP and Ga_1-xIn_xP layers were grown heteroepitaxially with metalorganic chemical vapor deposition on Si microwire array substrates. The layer morphology and crystalline quality have been studied with scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, and they provide a baseline for the growth and characterization of a full device stack. Ultimately, the complexity of the substrates and the prevalence of defects resulted in material without detectable photoluminescence, unsuitable for optoelectronic applications.

Coupled full-field optical and device physics simulations of a Ga_0.51In_0.49P/Si wire array tandem are used to predict device performance. A 500 nm thick, highly doped "buffer" layer between the bottom cell and tunnel junction is assumed to harbor a high density of lattice mismatch and heteroepitaxial defects. Under simulated AM1.5G illumination, the device structure explored in this work has a simulated efficiency of 23.84% with realistic top cell SRH lifetimes and surface recombination velocities. The relative insensitivity to surface recombination is likely due to optical generation further away from the free surfaces and interfaces of the device structure.

Finally, GaP has been grown free of antiphase domains on Si (112) oriented substrates using metalorganic chemical vapor deposition. Low temperature pulsed nucleation is followed by high temperature continuous growth, yielding smooth, specular thin films. Atomic force microscopy topography mapping showed very smooth surfaces (4-6 Å RMS roughness) with small depressions in the surface. Thin films (~ 50 nm) were pseudomorphic, as confirmed by high resolution x-ray diffraction reciprocal space mapping, and 200 nm thick films showed full relaxation. Transmission electron microscopy showed no evidence of antiphase domain formation, but there is a population of microtwin and stacking fault defects.

光致聚合物中单体及粘结剂对全息性能的影响

研究了单体及粘结剂等成份对全息光致聚合物薄膜光存储性能的影响。在相同引发条件下．以丙烯酰胺作为单体时，光聚物的衍射效率明显高于以丙烯酸和N羟甲基丙烯酰胺作为单体时光聚物的衍射效率。向丙烯酰胺中加入少量N-羟甲基丙烯酰胺，可以改善膜表面的光学质量．降低散射光强度，并提高膜的保存时间。在聚乙烯醇膜中单体聚合程度明显优于在聚乙烯吡咯烷酮中的程度，在大分子量的聚乙烯醇中的衍射效率及感光灵敏度高于在小分子量中的衍射效率和感光灵敏度，而且大分子量的聚乙烯醇能够制备厚膜，这是实现全息海量存储的一个重要因素。

A thermally actuated superconducting flux pump

The concept of a superconducting flux pump is relatively straightforward. A small magnetic field repeatedly applied will lead to a much larger field being trapped within the superconductor. This field is limited by the volume of the superconductor and by its critical current but not by the excitation field. Here we will describe a new technique which facilitates the creation of high magnetic fields and where the magnitude of the trapped field is limited by the superconductor not the magnetising field. The technique is demonstrated using measurements taken using samples of bulk YBCO as YBCO has a very high irreversibility field and has the potential to trap high magnetic fields. The technique could be applied to other superconductors such as BSCCO or MgB2 and in other forms such as thin or thick films. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hydride Vapor Phase Epitaxy Growth of Semipolar, 10(1)over-bar(3)over-barGaN on Patterned m-Plane Sapphire

We have investigated the hydride vapor-phase epitaxy growth of (10 (1) over bar(3) over bar)-oriented GaN thick films on patterned sapphire substrates (PSSs) (10 (1) over bar0). From characterization by atomic force microscopy, scanning electron microscopy, double-crystal X-ray diffraction, and photoluminescence (PL), it is determined that the crystalline and optical qualities of (10 (1) over bar(3) over bar) GaN epilayers grown on the cylindrical PSS are better than those on the flat sapphire. However, two main crystalline orientations (10 (1) over bar(3) over bar) and (11 (2) over bar2) dominate the GaN epilayers grown on the pyramidal PSS, demonstrating poor quality. After etching in the mixed acids, these (10 (1) over bar(3) over bar) GaN films are dotted with oblique pyramids, concurrently lining along the < 30 (3) over bar2 > direction, indicative of a typical N-polarity characteristic. Defect-related optical transitions of the (10 (1) over bar(3) over bar) GaN epilayers are identified and detailedly discussed in virtue of the temperature-dependent PL. In particular, an anomalous blueshift-redshift transition appears with an increase in temperature for the broad blue luminescence due to the thermal activation of the shallow level.

Modelling and prototyping the conceptual design of 3D CMM micro-probe

This paper details the prototyping of a novel three axial micro probe based on utilisation of piezoelectric sensors and actuators for true three dimensional metrology and measurements at micro- and nanometre scale. Computational mechanics is used first to model and simulate the performance of the conceptual design of the micro-probe. Piezoelectric analysis is conducted to understand performance of three different materials - silicon, glassy carbon, and nickel - and the effect of load parameters (amplitude, frequency, phase angle) on the magnitude of vibrations. Simulations are also used to compare several design options for layout of the lead zirconium titanate (PZT) sensors and to identify the most feasible from fabrication point of view design. The material options for the realisation of the device have been also tested. Direct laser machining was selected as the primary means of production. It is found that a Yb MOPA based fiber laser was capable of providing the necessary precision on glassy carbon (GC), although machining trials on Si and Ni were less successful due to residual thermal effects.To provide the active and sensing elements on the flexures of the probe, PZT thick films are developed and deposited at low temperatures (Lt720 degC) allowing a high quality functional ceramic to be directly integrated with selected materials. Characterisation of the materials has shown that the film has a homogenous and small pore microstructure.

Microstructure design of Titanate-based electroceramics

Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

Self-mated tribological systems based on multilayer micro/nanocrystalline CVD diamond coatings

The tribological response of multilayer micro/nanocrystalline diamond coatings grown by the hot filament CVD technique is investigated. These multigrade systems were tailored to comprise a starting microcrystalline diamond (MCD) layer with high adhesion to a silicon nitride (Si3N4) ceramic substrate, and a top nanocrystalline diamond (NCD) layer with reduced surface roughness. Tribological tests were carried out with a reciprocating sliding configuration without lubrication. Such composite coatings exhibit a superior critical load before delamination (130–200 N), when compared to the mono- (60–100 N) and bilayer coatings (110 N), considering ∼10 µm thick films. Regarding the friction behaviour, a short-lived initial high friction coefficient was followed by low friction regimes (friction coefficients between 0.02 and 0.09) as a result of the polished surfaces tailored by the tribological solicitation. Very mild to mild wear regimes (wear coefficient values between 4.1×10−8 and 7.7×10−7 mm3 N−1 m−1) governed the wear performance of the self-mated multilayer coatings when subjected to high-load short-term tests (60–200 N; 2 h; 86 m) and medium-load endurance tests (60 N; 16 h; 691 m).

Electrophoretic deposition of Ba0.77Ca0.23TiO3 nanopowders

Ba0.77Ca0.23TiO3 (BCT23) nanometric powders, synthesized by the modified Pechini method, were used as precursor to produce thick films (50-130 mu m) employing the electrophoretic deposition (EPD) technique. The BCT23 powder presented a single crystalline phase with an average particle size and a crystallite size of similar to 60 nm and similar to 20 nm, respectively, when calcined at 800 degrees C/2h. BCT23 thick films were deposited on platinum substrates starting from different suspensions prepared by dispersion of the powder into: isopropyl alcohol (IPA) or a mixture of acetylacetone (Acac) and ethanol (EtOH) (1:1, volumetric ratio). A milling process was used to deagglomerate the powders in order to increase the suspension stability and improving the deposition. Dense and crack free thick films with uniform microstructure were obtained after sintering at 1300 degrees C/2 h from Acac+EtOH solution. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Flux-assisted self-assembly of monodisperse colloids

We have developed a novel method to grow ordered layers of monodisperse colloids on a flat substrate. The evaporation of the colloidal suspension in the presence of the inclined substrate is strengthened by an external gas flux directed on the meniscus. The meniscus oscillations caused by the gas flux have an evident effect on the ordering of the spheres on the substrate. Thick films (more than 150 layers in a single-step deposition) of large area single crystals (1 cm2) can be obtained in a very short time (~1 cm/h maximum growth rate) and from very diluted suspensions (up to 0.022% volume fraction).

Inverse opal nanoassemblies : novel architectures for gas sensors the SnO2:Zn case

A novel technique is here presented, based on inverse opal metal oxide structures for the production of high quality macro and meso-porous structures for gas sensing. Taking advantage of a sol-gel templated approach. different mixed semiconducting oxides with high surface area, commonly used in chemical sensing application, were synthesized. In this work we report the
comparison between SnO₂ and SnO₂:Zn. As witnessed by Scanning and Transmission Electron Microscopy (SEM and TEM) analyses and by Powder x-ray Diffraction (PX RD), highly ordered meso-porous structures were formed with oxide crystalline size never exceeding 20 nm . The filled templates. in form of thick films, were bound to allumina substrate with Pt interdigitated contacts
and Pt heater, through in situ calcination, in order to perform standard electrical characterization. Pollutant gases like CO and NO₂ and methanol. as interfering gas, were used for the targeted electrical gas tests. All samples showed low detection limits towards both reducing and oxidizing species in low temperature measurements. Moreover, the addition of high molar percentages of Zn( II) affected the beha viour of electrical response improv ing the se lecti vity of the proposed system.

Dynamics of interactions involving deformable drops : hydrodynamic dimpling under attractive and repulsive electrical double layer interactions

A model developed previously to analyze force measurements between two deformable droplets in the atomic force microscope [Langmuir 2005, 21, 2912-2922] is used to model the drainage of an aqueous film between a mica plate and a deformable mercury drop for both repulsive and attractive electrical double-layer interactions between the mica and the mercury. The predictions of the model are compared with previously published data [Faraday Discuss. 2003, 123, 193-206] on the evolution of the aqueous film whose thickness has been measured with subnanometer precision. Excellent agreement is found between theoretical results and experimental data. This supports the assumptions made in the model which include no-slip boundary conditions at both interfaces. Furthermore, the successful fit attests to the utility of the model as a tool to explore details of the drainage mechanisms of nanometer-thick films in which fluid flow, surface deformations, and colloidal forces are all involved. One interesting result is that the model can predict the time at which the aqueous film collapses when attractive mica-mercury forces are present without the need to invoke capillary waves or other local instabilities of the mercury/electrolyte interface.

Erbium and ytterbium co-doped SiO2 : GeO2 planar waveguide prepared by the sol-gel route using an alternative precursor

The sol-gel method combined with a spin-coating technique has been successfully applied for the preparation of rare-earth doped silica:germania films used for the fabrication of erbium-doped waveguide amplifiers (EDWA), presenting several advantages over other methods for the preparation of thin films. As with other methods, the sol-gel route also shows some drawbacks, such as cracks related to the thickness of silica films and high hydrolysis rate of certain precursors such as germanium alkoxides. This article describes the preparation and optical characterization of erbium and ytterbium co-doped SiO2:GeO2 crack-free thick films prepared by the sol-gel route combined with a spin-coating technique using a chemically stable non-aqueous germanium oxide solution as an alternative precursor. The non-crystalline films obtained are planar waveguides exhibiting a single mode at 1,550 nm with an average thickness of 3.9 mu m presenting low percentages of porosity evaluated by the Lorentz-Lorenz Effective Medium Approximation, and low stress, according to the refractive index values measured in both transversal electric and magnetic polarizations. Weakly confining core layers (0.3% < Delta n < 0.75%) were obtained according to the refractive index difference between the core and buffer layers, suggesting that low-loss coupling EDWA may be obtained. The life time of the erbium I-4(13/2) metastable state was measured as a function of erbium concentration in different systems and based on these values it is possible to infer that the hydroxyl group was reduced and the formation of rare-earth clusters was avoided.