Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Tracking Angstrom Resolution of Nano Crystals and Thin Solid Films via Transmission Electron Microscopy

Alternativ tittel: Måling av vekst av nanokrystaller og tynne overflatefilmer ved bruk av transmisjonselektronmikroskopi

Tildelt: kr 7,6 mill.

I prosjektet «Trånslate» sporer vi veksten av tynne metall-, metalloksid- og metallsulfid-filmer fra de første atomene som binder seg til overflaten til utvikling av en jevn og tett film. Bare få karakteriseringsverktøyer er i stand til å levere den nødvendige presisjonen for å karakterisere disse ulike materialene. To av de mest lovende teknologier er transmisjonselektronmikroskop (TEM) og synkrotronbasert røntgenkarakterisering. Disse to teknologier er i stand til å beskrive vekst fra et geometrisk, elektronisk og kjemisk perspektiv. Utfordringen er at vi har ingen mulighet for å gjøre slike forsøk i en TEM. Synkrotron fasiliteter er ikke lett tilgjengelig. Meste parten av andre år, var Stephanie Burgmann på permisjon på grunn av barnefødsel. Hun begynte permisjon den første november 2019 og begynte å jobbe igjen i Mai 2020. Hun jobbet over sommeren inntil første oktober og er nå på permisjon igjen til første november. I tiden på NTNU, hun har startet med å skrive en artikkel om frittstående MEMS baserte tunnelstrukturer og tok veiledning til en masterstudent som karakterisere prosesser «Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition» (PECVD) og «Chemical Mechanical Polishing» (CMP). Hun bidra til to artikkler om perovskit materialier lagret med ALD som blitt publisert i Wileys Material Design and Processing Communications (dois: 10.1002/mdp2.114; 10.1002/mdp2.115). Korona situasjonen gjorte det vanskelig for henne og masterstudenten som jobbet på prosjektet å gjennomføre ekstensive eksperimenter på NTNU. Derimot er mekanisk design av TEM holderen ferdigstilt og produsert. Design av MEMS enhet er nesten ferdig men kreves en etsningsprosess. Investering i en HF etser var planlagt dra NTNU Nanolab i 2019. På grunn av nødvendig reparasjon til STEM detektor til HITACHI SEMen og på grunn av valutakurs til norske kroner, var investeringen utsatt. Eksperimenter på Stanford kunne ikke gjennomføres på grunn av reiserestriksjoner. Vi derfor etablerte en kollaborasjon med Universitet i Bergen som har tilgang til et tilsvarende utstyr med en forskjellig prosess gass som alternative. Reise til konferanser var ikke mulig for Stephanie Burgmann på grunn av koronasituasjonen. Etter Anup Dadlani har sendt flere søknader til de forskjellige synkrotronfasiliteter i Europa og USA, en søknad blitt godkjent fra Stanford Synchrotron Radiation Lightsources, en nasjonal røntgenstrålakselerasjonsfasilitet i nærheten av Stanford. Vi har nå et aktiv aktivitet i dette fasilitet som har løpende nummer 5421. Sammen med en PhD student, en masterstudent og en kollaborasjonspartner fra Universitet i Michigan, vi reiste til fasilitetet for å karakterisere ALD nukleeringsprosessen til kobbertynnfilmer lagret med hjelp av røntgenstrålabsorpsjon og røntgenstrålrefleksjon på «gracing incidence» in situ. Dette var første eksperiment av sitt slag og eksperimentelt oppsett var krevende. oppsett var krevende. Derimot kunne vi oppnå et bevis at slike eksperimenter fungerer og kunne samle noen foreløpige resultater. En artikkel var forberedt som gjennomgår revisjon. Vi søkte om en beamtime til og forventer en beslutning når koronasituasjonen i Kalifornia er under kontroll. De tekniske ansatte ved fasilitet i Stanford prioritere vår søknad på grunn av nyhet til eksperimentet og de lovende resultater. Etter beamtime i Stanford og gjennom Lock Down i Trondheim, Anup Dadlani jobbet for å sette opp kvantesimuleringer. Han bidra til følgende 5 publiserte artikler (dois: 10.1016/j.jmbbm.2020.104005, 10.1002/mdp2.114; 10.1002/mdp2.115; 10.1038/s41563-020-0765-x; 10.1016/j.surfcoat.2020.125922) derav 1 er publisert i Nature Materials. Han presenterer på PRiME onlinemøtte fra ECS i oktober. Han er også involvert i 2 pågående studier i vår gruppe i tillegg til synkrotroneksperimenter. Han avsluttet hans ansettelsen hos NTNU som planlagt med august 2020. I mellomtiden fortsette vi å karakterisere kobbertynnfilmer med hjelp av in situ fourier-transformerte infrarødspektroskopi (FTIR) i en kollaborasjon med NTNU Materialteknologi. To nye masterstudenter startet å jobbe op prosjektet og fortsetter jobben til Stephanie Burgmann i sin permisjon. På basis av resultater til Translåte, har prosjektlederen søkt om støtte fra Europeisk Forskningsrådet (European Research Council- ERC) i rammeverk av Starting Grant (StG) med frist oktober 2019. Prosjektet blitt godkjent juli 2020 med løpende prosjektnummer 949807 og tittel ELECTRODE- Exploring the Limits of Mass Transport in Electro- Chemical Energy Converters Through Unconstrained Design and Interface Engineering.

-

To meet the expectations of down scaling and to use less precious material, Atomic Layer Deposition currently sets the benchmark and ultimate limit for miniaturization in manufacturing. The growth of ALD films starts with a nucleation phase differing significantly from the later growth regime. In this phase, individual nm-sized islands start developing to later coalesce to a continuous film. This phase is yet poorly understood. As the demand for films below 10 nm thickness rises, knowledge of this phase becomes indispensable as such films are entirely determined by the specifics of this phase. We propose to perform the first ever in situ ALD Transmission Electron Microscopy experiment allowing atomic scale manufacturing and characterization in situ during film evolution at working conditions. The world leading TEM capabilities available at the Norwegian Centre for TEM will enable these experiments allowing a multitude of crystallographic, chemical and topological characterization within one experiment. Complementary, we will perform state-of-the-art plane wave quantum chemical simulations on nucleation mechanisms under study using experimental results as inputs.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek