Per citar aquest document: http://ddd.uab.cat/record/106898
Ordered patterns of functional oxide nanostructures grown from chemical solutions / Josh Malowney ; supervised by Xavier Borrisé & Narcís Mestres ; tutor: Santiago Suriñach
Malowney, Josh
Borrisé Nogué, Xavier, dir. (Institut Català de Nanotecnologia)
Mestres, Narcís, dir. (Institut de Ciència de Materials de Barcelona)
Suriñach, Santiago (Suriñach Cornet), tutor (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2013
Descripció: 1 recurs electrònic (221 p.)
Resum: La generación de nanoestructuras de oxido por medio de impresión litográfica (NIL) y litografía por haz de electrones (EBL) se ha convertido en una estrategia más refinada durante los últimos años. Por medio de NIL hemos fabricado matrices de nanoagujeros y nanopuntos de La0. 7Sr0. 3MnO3 (LSMO), así como nanopuntos y nanohilos de LaxSr1-xOy por medio de EBL. Las nanoestructuras echas por NIL se han fabricado después de espinar una capa de precursor de oxido de metal encima de un substrato de cristal solo aislante. Después se ha hecho un estampado con un molde duro de silicona masculino, un etching con plasma anisótropo y al final un recocido en atmosfera de oxigeno. El precursor está formado por el 15% en peso de polyvinyl alcohol (PVOH) y una proporción estequiométrica de sales de nitrato o acetato de La, Sr, Mn para poder formar LSMO epitaxiál después del recocido de la capa encima de los substratos de zirconio estabilizado con yttrium (YSZ), titanato de strontium (STO) y aluminato de lanthanum (LAO). El procedimiento de nanoimpresión se ha hecho presionando un molde con patrones altos 120nm encima de una capa precursora con un grosor de 250nm a una temperatura de 160º C durante cinco minutos y a una presión de 40 bars. Despues se ha hecho un etching de la capa con oxigen o argón para generar patrones positivos o negativos respectivamente. Finalmente la capa ha sido cocida a 900 ºC durante cuatro horas para remover los residuos orgánicos y para formar nanoagujeros y nanopuntos cristalinos de LSMO. El etching de oxigeno de plasma anisótropo se ha hecho a 1200 W durante 120 segundos con un flujo de gas de 200 sccm. Con estos valores se ha podido remover la mayoría de los precursores impresos exponiendo la base de los nanoagujeros al substrato de cristal solo. Durante el plasma los atomos de oxigenos han reaccionado químicamente con los precursores removiendo los componentes orgánicos. Cuando el argón ha sido utilizado como gas de plasma en el etcher de iones reactivos (RIE) los valores han sido 150 W durante 15 minutos a 200 sccm. El plasma de argón no ha reaccionado químicamente con los precursores, así que ha removido mecánicamente la capa impresa. El resultado ha sido una serie de nanopuntos por debajo de los nanoagujeros. Este fenómeno podría haber pasado por una variación de densidad local en la capa impresa donde la parte por debajo del agujero ha sido comprimido y entonces ha resistido al bombardeo de los iones de argón más que la capas da circundante. Por medio de EBL fueron fabricadas también matrices de nanoestructuras de oxido encima de substratos de cristal solo. Nanopuntos y nanohilos de LaxSr1-xOy han sido fabricados despues de espinar una capa de precursor de oxido de metal, exponiéndola a los electrones, desarrollándola en agua y recociéndolo en atmosfera de oxigeno. El precursor está formado por el 2% en peso de PVOH y una proporción estoquiometrica de sales de nitrato y acetato de La, Sr, Mn de tal manera para formar LSMO epitaxial después de la cocción de la capa fina encima de los substrtaos YSZ, STO y LAO así como en las estructuras hechas por NIL. Por medio de EBL la capa precursora de 200nm gruesa ha sido expuesta a una dosis de electrones de 0. 1 pC para formar nanopuntos y a una dosis de 1500 pC para formar nanohilos. La propiedad aislante de los substratos ha prevenido el uso de una dosis alta de voltaje de haz de electrones. Una dosis de 5kV con una media de 150pA de corriente en alto vacio ha sido utilizada. El mecanismo detrás la formación de los nanopuntos es la reticulación local del polímero por medio de los electrones. La capa restante soluble en agua ha sido quitada dejando nada más los puntos que habían estado expuestos a los electrones. El substrato ha sido cocido a 900ºC durante cuatro horas para quitar los componentes orgánicos restantes de las nanoestructuras y de los cristales. Los nanopuntos resultantes fueron analizados por TEM y EELS para demonstrar la presencia de nanoestructuras de cristales epitaxiales de oxido de anthanum. Estos nonopuntos han crecido con una morfología triangular con una altura que va de 15nm a 45nm utilizando dosis que van de 0. 05 pC a 0. 15 pC respectivamente. Dosis menores de estos valores no logran reticular una cantidad de PVOH suficiente y dosis mayores no producen estructuras solas. Un substrato de 9mm2 fue recubierto de nanopuntos con una distancia entre picos de 750nm en doce horas. Para fabricar nanohilos, la dosis ha sido aumentada con el límite inferior de 150pC. Cuando la dosis era menos del límite, no se ha observado ningún hilo. El procedimiento para la fabricación de nanohillos ha sido la misma que él para fabricar los nanopuntos, la única diferencia ha sido en los parámetros del haz de electrones. Los nanohilos han crecido lejos de la región que ha sido irradiada. Por TEM se ha visto que son nanohilos de oxido de lanthanum epitaxial. El mecanismo propuesto que explica la formación de los nanohilos es que la región central irradiada ha cristalizado de los electrones primarios. El altura de los nanohilos era de 30nm en promedio y largos de no mas de 15um.
Resum: The generation of oxide nanostructures by imprint lithography (NIL) and electron beam lithography (EBL) has become a more refined technique in the last few years. Through the use of NIL, arrays of La0. 7Sr0. 3MnO3 (LSMO) nanoholes and nanodots were fabricated here as well as estampado con plasma nanodots and nanowires by EBL were made. Nanoimprint lithography induced nanostructures were written by spin coating a metal oxide precursor onto an insulating single crystal substrate, then stamping with a hard silicon male mold, etching with anisotropic plasma, and finally annealing in an oxygen atmosphere. The precursor had 15 wt% polyvinyl alcohol (PVOH) and a stoichiometric ratio of La, Sr, Mn nitrate or acetate salts so as to form epitaxial despues) when annealed as a thin film on the substrates yttrium stabilized zirconium (YSZ), strontium titanate (STO), and lanthanum aluminate (LAO). The nanoimprinting procedure was to press a mold with 120 nm high features into a 250 nm thick precursor film at a temperature of 160 C for five minutes at 40 bars before demolding at 80 C. This insured that the precursor film was nanoperforated uniformly. The film was then etched with either oxygen or argon to generate negative or positive features respectively. Finally, the film was annealed at 900 °C for four hours to remove any organic components and form crystalline LSMO nanoholes or nanodots. The oxygen plasma anisotropic etching was set at 1200 W for 120 seconds with a gas flow of 200 sccm. This removed the majority of the imprinted precursor and in doing so exposed the floor of the nanoholes to the single crystal substrate. The reason for this was the oxygen atoms chemically reacting with the precursor and thereby removing organic components. This contrasted sharply to when argon was used as the plasma gas in the etcher. The settings used with the argon reactive ion etcher (RIE) were 150 W for 15 minutes at 200 sccm. The argon plasma did not chemically react with the precursor and thus removed the imprinted film mechanically. This revealed a series of nanodot features underneath where the nanohole had been prior to etching. This phenomenon is thought to have sprung from a local density variation in the imprinted film where the part directly underneath the nanohole was compressed and thus able to withstand the bombardment of argon ions more easily than the surrounding film. Through the use of electron beam lithography, arrays of oxide nanostructures were also generated here on insulating single crystal substrates. Specificallydesarrolandola nanodots and nanowires were written by spin coating a metal oxide precursor, then exposing with electrons, developing in water, and finally annealing in an oxygen atmosphere. The precursor had 2 wt% polyvinyl alcohol (PVOH) and a stoichiometric ratio of La, Sr, Mn nitrate or acetate salts so as to form epitaxial La0. 7Sr0. 3MnO3 (LSMO) when annealed as a thin film on the substrates yttrium stabilized zirconium (YSZ), strontium titanate (STO), and lanthanum aluminate (LAO), similar to the NIL structures. For electron beam lithography, the 200 nm thick precursor film was exposed to electrons at dosages as low 0. 1 pC to form nanodots and as high as 1500 pC to form nanowires. The inslating nature of the substrates prevented the use of a high voltage beam thus a 5 kV beam with an average 150 pA current in high vacuum was used. The mechanism behind the formation of nanodots was cross-linking the polymer locally with focused electrons which topically ablated the film. The remaining water soluble film was removed, leaving only the locations which were exposed with electrons. The substrate was then annealed for four hours at 900 C so as to remove any remaining organic components from the nanostructures and form crystals. The resulting nanodots were inspected with transmission electron microscope (TEM) and electron energy loss spectroscopy (EELS) to reveal a single crystal epitaxial lanthanum oxide nanostructures. These nanodots grew with a triangular morphology for dosages ranging from 0. 05 pC to 0. 15 pC giving and 15 nm to 45 nm heights respectively. Dosages lower than this will not cross-link a sufficient amount of PVOH to be developed and dosages higher than this will not produce single structures. The nanodots may be written with a peak-to-peak distance (pitch) as low as 750 nm and were written to cover 9 mm2 of a substrate with nanodots in twelve hours. To create nanowires, the dosage was increased significantly with a lower limit of 150 pC while the pitch varied between 1000 nm and 250 nm. When the dosage was below the limit, no nanowires were observed to have grown, as well when the pitch was too little or too much. The procedure to grow the nanowires was the same as for the nanodot case, only differing in electron beam parameters. The nanowires were seen to grow away from the region which was irradiated. They were observed with TEM to be epitaxial lanthanum oxide nanowires. The mechanism proposed to explain the growth of nanowires is that the central square irradiated region crystallized from the initial primary electrons and that the feed material was that of adjacent cross-linked precursor from secondary electrons. The height of the nanowires averaged 30 nm and had lengths never in excess of 15 µm.
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física, 2012
Drets: ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
Llengua: Anglès.
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis
Matèria: Litografia per feix d'electrons ; Nanoestructures
ISBN: 9788449033704

Adreça alternativa: http://hdl.handle.net/10803/108098


221 p, 6.2 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2013-06-04, darrera modificació el 2016-04-17



   Favorit i Compartir