10 laserpointer kaufeninduzierte Phasentrennung von Siliciumcarbid

 

laserpointer kaufen induzierte Phasentrennung von Siliciumcarbid

Das Verständnis des Phasentrennungsmechanismus von Festkörper-binären Verbindungen, die durch laserpointer katze-Material-Wechselwirkung induziert werden, ist eine Herausforderung aufgrund der Komplexität der Verbundwerkstoffe und der kurzen Verarbeitungszeiten. Hier präsentieren wir Xenonchlorid-Excimer-Laser induzierte schmelzvermittelte Phasentrennung und Oberflächenrekonstruktion von Einkristall-Siliciumcarbid und untersuchen diesen Prozess mit hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie und einem zeitaufgelösten Reflexionsverfahren.

Eine Einzelpulslaserbestrahlung löst das Schmelzen der Siliciumcarbidoberfläche aus, was zu einer Phasentrennung in eine ungeordnete Kohlenstoffschicht mit teilweise graphitischen Domänen (~ 2,5 nm) und polykristallinem Silizium (~ 5 nm) führt. Zusätzliche Pulsbestrahlungen bewirken die Sublimation nur des abgetrennten Siliziumelements und die anschließende Transformation der ungeordneten Kohlenstoffschicht in mehrschichtiges Graphen. Die Ergebnisse zeigen die Lebensfähigkeit der Synthese ultradünner Nanomaterialien durch die Zersetzung eines binären Systems.

Eine laservisier für pistole strahl-induzierte Verarbeitung von Materialien wurde verwendet, um Materialeigenschaften abzustimmen aufgrund der Fähigkeit, schnell auf den Schmelzpunkt zu erwärmen, und ermöglicht die kontrollierte Oberflächenmodifizierung von Materialien. Laserthermische Verfahren wurden verwendet, um durch Ionenimplantation eingeführte Dotierstoffe zu aktivieren, um die intrinsischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien wie Si und Ge zu modifizieren, um ultrakurze Übergänge zu bilden. Darüber hinaus unterstützt das laserstrahlinduzierte Schmelzen und Verfestigen die Herstellung von polykristallinem Silicium niedriger Temperatur auf Glas oder flexiblen Substraten, was bei der Herstellung von Dünnfilmtransistoren für Anzeigen gut etabliert ist. Obwohl viele Grundlagenforschungsstudien zum Verständnis von laserinduzierten Phasentransformationen in Elementen gemacht wurden, sind Laserinteraktionen mit binären Verbindungen aufgrund der relativen Komplexität der Verbundmaterialien weniger untersucht worden.

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Die thermische Zersetzung von Siliciumcarbid (SiC) hat eine Möglichkeit zur direkten Synthese von hochwertigem Graphen auf einem isolierenden Substrat gezeigt. Die extrem hohe Temperatur (~ 2000 K), die für die herkömmliche Ofenverarbeitung erforderlich ist, begrenzt jedoch ihre Kompatibilität mit industriellen Halbleiteranwendungen. Insofern kann die Excimer-Laserbestrahlung eine alternative Technik für die thermisch angetriebene Oberflächenrekonstruktion von SiC sein. Vor kurzem haben mehrere Forschergruppen eine Sublimation von Si-Atomen auf einer SiC-Oberfläche unter Nanosekunden-gepulster Laserbestrahlung für die Synthese von Graphen berichtet. Jedoch wurde ein Verständnis des Graphitierungsmechanismus nicht erreicht aufgrund der Schwierigkeit, die zeitliche Abfolge der laserinduzierten Zersetzung der binären Verbindung in jedes elementare Material zu beobachten.

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Hier zeigen wir die schmelzvermittelte Phasentrennung und Oberflächenrekonstruktion von Einkristall-4H-SiC durch Bestrahlung eines Xenonchlorid- (XeCl) -Excimerlasers (λ = 308 nm, Pulsdauer ~ 30 ns), was zu ultradünner Bildung führt Elementares Material. Die zeitaufgelöste Reflexions- (TRR) -Analyse zeigt eine explizite Information zum Schmelzen und Erstarren der 4H-SiC-Oberfläche durch Laserbestrahlung. Eine Einzelpuls-Bestrahlung mit Laserfluenz (dh Laserenergie pro Flächeneinheit von 1.653 mJ cm-2) erlaubt es, die 4H-SiC-Oberfläche zu schmelzen und führt zur Phasentrennung von flüssigem SiC in eine ungeordnete Kohlenstoffschicht (C) Mit graphitischen Domänen (~ 2,5 nm) auf einer polykristallinen Siliziumschicht (Poly-Si, ~ 5 nm) in Nanosekunden. Durch molekulardynamische (MD) Simulationen bestätigen wir, dass Graphit C die niedrigste Oberflächenpotentialenergie in Si-C-Binärsystemen aufweist. Die Bestrahlung mit einem zweiten Impuls bewirkt eine Sublimation nur des abgetrennten Si, während die ungeordnete C-Schicht in eine geschichtete Struktur mit erhöhter Kristallinität umgewandelt wird. Diese Ergebnisse werden systematisch durch hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) untersucht, was zeigt, dass zusätzliche Pulsbestrahlungen zu einer allmählichen Zunahme der Dicke der C-Schicht und schließlich zur Bildung von mehrschichtigem Graphen führen. Unsere Studie zeigt das Potential für die Nanomaterialsynthese durch die Phasentrennung einer binären Verbindung durch laserinduziertes Schmelzen und Erstarren.

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