半導(dǎo)體納米陣列的八面體由分子篩脈沖激光沉積

半導(dǎo)體納米陣列的八面體由分子篩脈沖激光沉積AnaisE.Espinall,LichunZhang2,Chun-HuChen3,AimeeMorey3,YuefengNie4,LauraEspinal1,BarrettO.Wells4,RaymondJoesten3,MarkAindow1,2andStevenL.Suib1,2,3*錳鉀礦型錳氧化物（OMS-2）已被廣泛用于探索混合價(jià)框架分子篩的半導(dǎo)體和催化性能。選擇性合成的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的圖案薄膜與納米結(jié)構(gòu)和層次化晶體2具有挑戰(zhàn)性由于在維護(hù)混合價(jià)，孔隙度和晶相的困難。在這里，我們報(bào)告，脈沖激光燒蝕的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)■2在富氧中產(chǎn)生三維平行和傾斜口腔頜面外科納米陣列-2對(duì)（001）單晶襯底鈦酸鍶裸露纖維。并口和傾斜業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2纖維伸長(zhǎng)沿T001UOMS-2的方向。平行纖維強(qiáng)烈的相互作用襯底和外延生長(zhǎng)隨著低于4%格格格不入h110iSTO,而傾向于面向纖維（301）平行于襯底表面。在業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)自發(fā)結(jié)晶方向2對(duì)高級(jí)技術(shù)主任面域開辟了新途徑，在爾茨萊特多孔材料，如和沸石分子篩，顯示特別有用的屬性，在催化，石油煉制，氣體凈化，分離，膜和化學(xué)傳感器，由于其組成的微穩(wěn)定的框架，大孔隧道中間和有選擇地允許訪問特定離子，分子和集群。控制加工的在高定向三維（立體）電影功能晶體表面更容易獲得進(jìn)一步提高和優(yōu)化他們已經(jīng)在新的功能膜，光催化劑和傳感器。準(zhǔn)備觀看的電影包括常規(guī)方法冗長(zhǎng)的液相化學(xué)方法或熱液處理需要的模板或種子直接使用結(jié)晶。Cancrinite和菱沸石已報(bào)告外延生長(zhǎng)在鈉石使用的水熱處理形成沸石膜。和其他沸石薄膜分子篩已準(zhǔn)備結(jié)合脈沖激光沉積（PLD）的與水熱處理播種步驟為膜的形成。無(wú)定形二氧化鈦一直生長(zhǎng)在由可編程邏輯器件nanocolumnar數(shù)組，但這樣的結(jié)構(gòu)需要為模板聚苯乙烯膠體單層。其他程序要求沉積間接的方法，涉及通過激光原位分解目標(biāo)化合物消融這引起實(shí)際所需的材料沉積。的薄膜La0：5Sr0：5FeO3纖維垂直鈦酸鍶（鍶，STO）的基板已經(jīng)編寫了可編程邏輯器件通過分解一個(gè)La0：5Sr0：5FeO3target13,盡管這兩個(gè)目標(biāo)和基板材料具有相同的密鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。那個(gè)程序開發(fā)生產(chǎn)多孔三維結(jié)構(gòu)自給的方式組裝材料（無(wú)籽）和直接沉積從相應(yīng)的材料的目標(biāo)將有利于放大和提高成本效益。錳鉀礦型氧化錳是最廣泛對(duì)氧化錳八面體分子篩的研究（業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)），由于其良好的催化活性和半導(dǎo)體1中國(guó)科學(xué)院材料科學(xué)，康涅狄格，斯托爾斯，康涅狄格06269-3136,美國(guó)，2Chemical，材料和生物分子工程大學(xué)康涅狄格大學(xué)，斯托爾斯，康涅狄格06269-3222，美國(guó)，3Chemistry部的康涅狄格州，斯托爾斯，康涅狄格大學(xué)06269-3060，美國(guó)，物理，康涅狄格，斯托爾斯，康涅狄格06269-3046,美國(guó)大學(xué)4Department。*電子郵件：Steven.Suib@。屬性。氧化指定的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2，具有組成對(duì)KMn4C7Mn3CO16,在八面體上的電荷不平衡由于框架的Mn4C減少M(fèi)n3C平衡在一個(gè)由陳家沿c軸三維隧道。這種混合結(jié)構(gòu)中的價(jià)是什么給業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2材料的好半導(dǎo)體性質(zhì)。無(wú)數(shù)的和合成方法據(jù)報(bào)道形貌的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2（見16）。雖然在業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)為對(duì)象的電影-2將是非常可取的眾多應(yīng)用這種薄膜的備已被證明是非常挑戰(zhàn)由于在維持混合困難價(jià)，孔隙度和晶體結(jié)構(gòu)的錳階段。為了解決對(duì)高度取向的擁有三維納米結(jié)構(gòu)薄膜的發(fā)展的需求，我們已使用的方法，涉及OMS-2的沉積到單晶（001）STO,通過自給的方式直接組裝并使用激光燒蝕由OMS-2粉末材料構(gòu)成的目標(biāo)。STO具有立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（a=0.391nm），是一個(gè)優(yōu)秀的襯底，用于高溫超導(dǎo)體和許多其他基于氧化物薄膜的外延生長(zhǎng)。PLD在這項(xiàng)工作中使用，原因在于它能夠生產(chǎn)的薄膜種類繁多的復(fù)合氧化物，其中的計(jì)量目標(biāo)在薄膜中再生。這種技術(shù)使用一種高能量紫外激光，激光脈沖的周期只有10-12fs，能夠從一個(gè)目標(biāo)燒蝕薄表層，同時(shí)使其余的目標(biāo)幾乎不加熱。目前的工作顯示了OMS-2納米矩陣的直接形成，一個(gè)平行和傾斜纖維得開放式結(jié)構(gòu)，同時(shí)為遙感應(yīng)用和其他功能材料的沉積提供更多的進(jìn)入表面。在一個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)中，單晶（001）STO基板被放置在PLD反映室并且以20°C每分鐘的速率加熱至600度在真空條件下。然后氟化氟準(zhǔn)分子激光（wavelengthD248nm;pulselengthD20納秒）用于消融OMS-2靶材料，使用的是氧分壓200mtorr在設(shè)計(jì)的沉積時(shí)間。在沉積底，氧分壓提高到300托，然后讓薄膜以2度min1速度緩慢冷卻直到達(dá)到室溫。業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2納米結(jié)構(gòu)陣列上生長(zhǎng)（001）高級(jí)技術(shù)主任由可編程邏輯器件使用觀察二次電子成像掃描電子顯微鏡（SEM）。平面和橫截面次地顯示在不同的沉積時(shí)間：5分鐘（圖1a，b）的30分鐘（圖1C，四）。圖1a，乙地揭示了形態(tài)納米陣列，在兩個(gè)不同的安排纖維。那個(gè)首先是組成纖維正交陣列，在于他們的長(zhǎng)軸平行于表面的h110i高級(jí)技術(shù)主任的指示（見圖平行纖維。1小時(shí)），而第二個(gè)是由纖維這是一個(gè)傾斜的角度大約50到高級(jí)技術(shù)主任襯底表面并獲長(zhǎng)軸平行的謊言在投影技術(shù)主任在表面h100i指示（見傾向纖維圖。1小時(shí)）。圖1a，乙表明，1沉積時(shí)間5分鐘是不夠的，獲得致密的膜，將用于支付基板完全。沉積時(shí)間增加30分鐘大大提高了納米陣列的同質(zhì)性（見圖。1c中，四）。無(wú)論是形態(tài)和厚度非常均勻襯底表面上的30分鐘沉積樣品。那個(gè)這種薄膜厚度為200nm，長(zhǎng)度和厚度纖維的傾斜，大約200納米和60納米，分別。業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2靶材料還顯示，纖維類具有不同形態(tài)，但在寬度20至60納米纖維體積和200至500nmin長(zhǎng)度（見補(bǔ)充節(jié)中一）。進(jìn)一步可編程邏輯器件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在其中一個(gè)面具被用來(lái)阻止羽流路徑的襯底部分表面。在面具的區(qū)域，邊緣的有效物質(zhì)流量大大減少，這樣一來(lái)，二次電子掃描電鏡從這些地區(qū)獲得的圖像為一到有益的見解演化纖維安排。三個(gè)例子shownin圖。查看1-e克，其中索取，從增加的距離預(yù)計(jì)位置面具的邊緣（即，日益增長(zhǎng)的物質(zhì)通量的圖。查看1-e克）。這些圖像顯示一個(gè)漸進(jìn)的發(fā)展平行纖維形態(tài)，從最初的細(xì)胞核，平均顆粒大小和長(zhǎng)度與寬度的比例（L=W）的約28nm的L/WD1:2，42nmL/WD1:3和216nm與L/WD1:6分別。這些圖像還表明，纖維傾斜成核的技術(shù)主任，直接在基板平行纖維聚結(jié)，雖然我們不能排除可能有一個(gè)平行纖維存款薄層斜之間的纖維和基體。我們假設(shè)最初的核組成作為電影相同因此，這類影片可能引起這些原子核。阿圖代表性的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，這些納米結(jié)構(gòu)安排2陣列如圖。1小時(shí)。業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2粉末靶材料和樣品業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2（001納米陣列）技術(shù)主任基體用X射線衍射（XRD）和有代表性的X射線衍射模式圖所示。2。2角和強(qiáng)度的在從業(yè)務(wù)管理模式的高峰-2靶材料（圖2，下），在與標(biāo)準(zhǔn)模式一致錳鉀礦純四方相（JCPDS29-1020），雖然回歸對(duì)數(shù)據(jù)的分析表明，晶格參數(shù)分別為0.4%，大（a0D0：986nm和c0D0：286納米，而累啊D0：982nm和C0D0：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)285nm）。所有的山峰在correspondingXRDpattern從最厚的納米纖維陣列（圖2,頂部）也可確定為從產(chǎn)生隱鉀錳階段?；貧w分析了類似值的晶格參數(shù)（a0D0：988nm和c0D0：286納米），證明的結(jié)構(gòu)和化學(xué)計(jì)量的目標(biāo)材料得到了維護(hù)。X射線衍射之間的主要區(qū)別從獲得的納米陣列模式和從目標(biāo)是某些衍射峰的情況下。因此，在圖。2,頂層，所有的解釋，升6D0缺席的晶面的山峰，與例外301高峰。這是一個(gè)需要強(qiáng)有力的結(jié)晶明確證據(jù)紋理在存款，雖然它無(wú)法調(diào)和與任何一個(gè)方向的關(guān)系有系統(tǒng)的缺席關(guān)于襯底。橫斷面透射電子顯微鏡（TEM）分析進(jìn)行調(diào)查之間的關(guān)系獨(dú)特的形態(tài)顯示，在二手電子掃描電鏡照片業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2納米晶體陣列和紋理建議的X射線衍射模式。為了維護(hù)纖維的所有功能數(shù)組中的橫截面透射電鏡樣品制備集中與剖面離子束（FIB）平行銑削至（110）高級(jí)技術(shù)主任（見補(bǔ)充第S2）的。明亮的場(chǎng)透射電子顯微鏡圖片獲得一個(gè)這樣的標(biāo)本如圖所示。3A條。三纖維類型可以發(fā)現(xiàn)，如圖所示圖式。第3B：（1）平行纖維甲，與他們同時(shí)到T110U的，主要軸的在于兩岸飛機(jī)的TEM截面，（2）平行纖維乙，與其主要軸線平行于［110］（即垂直于纖維甲），從而出現(xiàn)'終了’的形象和（3）傾斜纖維哥，與主要軸擺在平面交叉截面，但在約50個(gè)方面的傾斜角度的表面影片的。我們注意到，雖然纖維有明確界定特征長(zhǎng)寬比，其橫截面是相當(dāng)不正常（見本節(jié)纖維乙）。電子能量損失譜（EELS）的映射加坦成像過濾器是用來(lái)揭示分布化學(xué)物種內(nèi)的部分。一個(gè)例子是如圖。3C認(rèn)證，這是明視場(chǎng)圖像與合作相應(yīng)的O錳鈦元素的地圖。該地圖獲得基于多變量空間直方圖分析一致對(duì)澳，錳，鈦元素地圖圖片能源效益標(biāo)簽計(jì)劃的個(gè)人元素。這類地圖確認(rèn)OMS-2/STO接口突然和能量色散X射線光譜（能譜）spectraobtained從本地區(qū)的纖維沒有證據(jù)顯示襯底的陽(yáng)離子相互擴(kuò)散（見圖。三維）。業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)之間的晶體取向的關(guān)系2纖維及單晶（001）高級(jí)技術(shù)主任，推導(dǎo)出的基板高分辨透射電子顯微鏡（高分辨透射電子顯微鏡）格圖像。兩個(gè)例子如圖。3E和女，這是從獲得的接口纖維A1和圖B2。3A條，分別為。阿晶格條紋分析結(jié)果，這些纖維有其長(zhǎng)軸平行T001UOMS-2,而且他們采用的取向關(guān)系與等價(jià)關(guān)于（001）高級(jí)技術(shù)主任基板，與纖維有1：T001UOMS-2kT110USTO;T110UOMS-2kT110USTO;（110）OMS-2k（001）STO（OR-1）whereasfibreB2has:T001UOMS-2kT110USTO;T010UOMS-2kT110USTO;（100）OMS-2k（001）STO（OR-2）從這樣一系列圖像，發(fā)現(xiàn)了兩套（A和B）平行纖維呈現(xiàn)出不同的方向混合物與（或-1）的關(guān)系和（或-2）是最常見的。其他方向的關(guān)系也都看到了T001UOMS-2度h110iSTO。我們注意到，這種取向的多樣性關(guān)系導(dǎo)致晶界之間形成不同方向的關(guān)系，甚至相鄰的纖維在單一纖維（例如，圖。3G和小時(shí)，分別）。它是認(rèn)為后者的影響可能與相當(dāng)不規(guī)則交叉的纖維表現(xiàn)出部分。為了了解這些多重取向的形成關(guān)系，有必要考慮原子安排各種界面配置。在T110USTO和T110USTO對(duì)任何一方的接口的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的（或-1）如圖所示。第4a。在第一推算，錯(cuò)位，格之間的原始翻譯向量0時(shí)05T110USTOandT001UOMS-2是只有3.4%。沒有這樣簡(jiǎn)單的低通信存在于正交方向發(fā)展，但人們可以識(shí)別超晶胞在2:5T110USTO比賽T110UOMS與D1-2：1%。圖4b包含相應(yīng)的T110USTO和預(yù)測(cè)的T110USTO與（或-2）纖維。在這里，沿長(zhǎng)軸纖維為3.4%，但在正交方向是超晶胞必須取得適度的價(jià)值，在這種情況下，超原涉及3:5T110USTO匹配2T010UOMS-2，使D2：1%。因而，為平行業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，采用2纖維最可能的解釋（或-1）和（或-2）方面的高級(jí)技術(shù)主任基板存在低界面的原子結(jié)構(gòu)錯(cuò)位超級(jí)單體在這些方向。類似的論點(diǎn)也適用于其他實(shí)驗(yàn)觀測(cè)方向的關(guān)系，盡管這些比較少見比（或-1）和（或-2）。在X射線衍射模式的特點(diǎn)，可占多數(shù)就通過的方向關(guān)系的基礎(chǔ)這些平行的纖維。由于X射線衍射儀樣品一致面向飛機(jī)平行于試樣表面，共同的特征為平行纖維方向的關(guān)系是T001UOMS-2度h110iSTO,人們會(huì)期望所有的晶面山峰的升6D條0缺席，作為實(shí)驗(yàn)觀察（同301，這是下面討論除外）。而且，作為首選的取向關(guān)系（或-1）和（或-2），人們會(huì)預(yù)期在110和200增強(qiáng)高峰，分別比，對(duì)于一個(gè)隨機(jī)化粉末樣本（如靶材料）在這里再次，這種效應(yīng)觀察X射線衍射實(shí)驗(yàn)（圖2,頂部和補(bǔ)充表中一）。由于301峰值不相一致的方向纖維的平行關(guān)系，他們大概產(chǎn)生于傾斜纖維。這符合這些纖維傾斜表面的高級(jí)技術(shù)主任（無(wú)花果1b中，D和3A）及被證實(shí)使用選擇面積衍射的計(jì)劃，認(rèn)為透射電鏡標(biāo)本，如下所示四節(jié)的補(bǔ)充。因此，現(xiàn)在看來(lái)，這些傾向纖維顯示兩個(gè)相同的晶體學(xué)相變體取向的關(guān)系：T103UOMS-2kT100USTO;T010UOMS-2kT010USTO（301）OMS-2k（001）STO（OR-3）在這種情況下，不存在簡(jiǎn)單的低通信接口，以及值大，即使是超級(jí)單體考慮。因此，如果不傾斜纖維直接成核基板的技術(shù)主任，那么最可能的界面安排將是一個(gè)超原在3T100USTO比賽T103UOMS-2-一時(shí)07分％和3T010USTO比賽與D??15時(shí)零五%T010UOMS-2（見補(bǔ)充節(jié)五）。雖然這些值比較不止一個(gè)更高的期望通常為一個(gè)外延生長(zhǎng)存款，它們可以持續(xù)的小農(nóng)村二核，并有一些這樣的圖像，例如核建議圖。1樓灣這種二次核可能是過度的纖維生長(zhǎng)該開發(fā)從小學(xué)低失配在外側(cè)核存款增長(zhǎng)。然而，如果這種情況不會(huì)發(fā)生，那么，突起發(fā)展的約束這些增長(zhǎng)二次核自然會(huì)導(dǎo)致發(fā)展傾斜纖維形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)，因?yàn)闃I(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的增長(zhǎng)率為2沿［001最高］。這項(xiàng)安排在業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)并和傾斜纖維-2納米陣列沿［001］方向（見圖。1小時(shí)），正值一維隧道的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2。在業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的增長(zhǎng)2material這個(gè)方向是這種材料的特點(diǎn)。控制溫度和壓力的背景氧氣在可編程邏輯器件工藝的關(guān)鍵參數(shù)，維持錳鉀礦階段的薄膜。一般來(lái)說(shuō)，沉積在高溫下薄膜的外延生長(zhǎng)所需的由于在表面的原子的流動(dòng)性增加。那個(gè)這里使用的沉積溫度為600r至防止熱分解業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)-2,這需要在更高的地方溫度（見補(bǔ)充組六）。同樣，使用一氧化環(huán)境