169 research outputs found
Low temperature deposition and characterisation of high quality nanocrystalline diamond films for the fabrication of highly sensitive pressure sensing membranes.
No full textVoor het maken van werkende toestellen is er vaak een combinatie van
meerdere materialen nodig. Het afzetten van een materiaal bovenop
eender welk ander materiaal vereist goede adhesie, maar ook een lage
stress in de afgezette laag om barsten en delaminatie te voorkomen.
Het substraat is altijd verantwoordelijk voor een bepaalde hoeveelheid
stress in de afgezette laag. Bij nanokristallijne diamantfilms is de meeste
stress thermisch geinduceerd door het depositieproces bij hoge temperaturen gevolgd door het afkoelen van het substraat en de diamantlaag tot
kamertemperatuur. Aangezien beide materialen een verschillende thermische expansiecoefficiënt hebben krimpt één materiaal meer dan het
andere tijdens het afkoelen. Daarom kan een slimme keuze van het substraatmateriaal en afzetting bij lage temperatuur de stress in de diamantlagen minimaliseren. Bovendien worden er een aantal nieuwe toepassingen mogelijk door het afzetten van diamantfilms bij lage temperaturen
(T < 410 ◦C) zoals flat panel displays, plastics, etc. Om deze lage temperatuur te bereiken is een hoge plasmadichtheid nodig bij een lage gasdruk, zodat gevoelige substraten beperkt thermisch belast worden. De
meest gebruikt ’resonance cavity’ (lett. resonantieholte) plasma systemen werken niet binnen dit bereik van druk en plasmadichtheid, maar
lineaire antenne microgolf depositiesystemen kunnen wel gebruikt worden voor afzettingen bij drukken onder 1 mbar, en op grote oppervlakken tot 30 cm in diameter. Overigens, zou een ’bottom-up’ aanpak die controle toelaat over de verkregen morfologie een pluspunt zijn voor het ontwikkelen van nanodiamant objecten of apparatus, aangezien sommige
eigenschappen van nanokristallijn diamant sterk beïnvloed worden door
de kristaloriëntatie, vooral indien de stress in de afgezette laag kan gereguleerd worden door de specifieke morfologie.
Deze thesis kan in twee delen opgesplitst worden, d.w.z. het maken van
hoog-sensitieve druksensors op basis van membranen enerzijds en de
groei van diamantlagen van zeer hoge kwaliteit met technologie gebaseerd
op lineaire antennes anderzijds.
Na een algemene inleiding tot diamant in hoofdstuk 1, worden in hoofdstuk 2 de depositietechieken beschreven met de nadruk op de technologie
gebaseerd op lineaire antennes.
In hoofdstuk 3 volgt een beschrijving van de karakterisatietechnieken (Insitu laser interferometrie, optische emissie spectroscopie, scanning and
transmissie electron microscopie, X-ray diffractie, electron energy loss
spectroscopie, Raman spectroscopie en oppervlaktekrommingsmetingen)
gebruikt voor deze thesis.
In hoofdstuk 4 ligt de focus op een literatuurstudie met betrekking tot de
diamantplaatjesstructuren.
Het piezoresistieve effect van boor-gedoteerde en oppervlakte-geleidende
diamantfilms wordt beschreven in hoofdstuk 5, samen met een studie naar
de gevoeligheid van druksensoren op basis van diamantmembranen. Intrinsieke laageigenschappen zoals korrelgrootte, doteerniveau en specifieke morfologie hebben een invloeg op de afgezette laag. Bovendien
kan er voor nanokristallijne diamantfilms een groot deel van de stress
toegeschreven worden aan de mismatch in thermische expansiecoefficiënt tussen het substraat en de diamantlaag. Het substraat induceert een
bepaalde hoeveelheid stress die relaxeert door het onstaan van rimpels
wanneer het substraat gedeeltelijk wordt weggeëtst. De oorspronkelijke
hoeveelheid stress heeft een duidelijke impact op het aantal en de lengte van de rimpels.
Hoofdstuk 6 focust op de optimalisatie van de depositieparameters voor
de groei van kwaliteitsdiamant met behulp van lineaire antenne technologie. De invloed van de druk, gassamenstelling, afstand tot de antennes,
vermogen en substraatemperatuur wordt besproken. Hoewel het pulsen
van de microgolven theoretisch gezien veel potentiëel heeft, is er op experimenteel vlak nog optimalisatie nodig.
Tot slot wordt in hoofdstuk 7 de bijzondere morfologie, d.w.z. co-depositie
van plaatjes en octahedrische korrels, verkregen voor lagen met hoge
kwaliteit in detail geanalyseerd en een groeimodel wordt voorgesteld op
basis van aanwezige vreemde materialen
Low temperature deposition and characterisation of high quality nanocrystalline diamond films for the fabrication of highly sensitive pressure sensing membranes.
No full textVoor het maken van werkende toestellen is er vaak een combinatie van
meerdere materialen nodig. Het afzetten van een materiaal bovenop
eender welk ander materiaal vereist goede adhesie, maar ook een lage
stress in de afgezette laag om barsten en delaminatie te voorkomen.
Het substraat is altijd verantwoordelijk voor een bepaalde hoeveelheid
stress in de afgezette laag. Bij nanokristallijne diamantfilms is de meeste
stress thermisch geinduceerd door het depositieproces bij hoge temperaturen gevolgd door het afkoelen van het substraat en de diamantlaag tot
kamertemperatuur. Aangezien beide materialen een verschillende thermische expansiecoefficiënt hebben krimpt één materiaal meer dan het
andere tijdens het afkoelen. Daarom kan een slimme keuze van het substraatmateriaal en afzetting bij lage temperatuur de stress in de diamantlagen minimaliseren. Bovendien worden er een aantal nieuwe toepassingen mogelijk door het afzetten van diamantfilms bij lage temperaturen
(T < 410 ◦C) zoals flat panel displays, plastics, etc. Om deze lage temperatuur te bereiken is een hoge plasmadichtheid nodig bij een lage gasdruk, zodat gevoelige substraten beperkt thermisch belast worden. De
meest gebruikt ’resonance cavity’ (lett. resonantieholte) plasma systemen werken niet binnen dit bereik van druk en plasmadichtheid, maar
lineaire antenne microgolf depositiesystemen kunnen wel gebruikt worden voor afzettingen bij drukken onder 1 mbar, en op grote oppervlakken tot 30 cm in diameter. Overigens, zou een ’bottom-up’ aanpak die controle toelaat over de verkregen morfologie een pluspunt zijn voor het ontwikkelen van nanodiamant objecten of apparatus, aangezien sommige
eigenschappen van nanokristallijn diamant sterk beïnvloed worden door
de kristaloriëntatie, vooral indien de stress in de afgezette laag kan gereguleerd worden door de specifieke morfologie.
Deze thesis kan in twee delen opgesplitst worden, d.w.z. het maken van
hoog-sensitieve druksensors op basis van membranen enerzijds en de
groei van diamantlagen van zeer hoge kwaliteit met technologie gebaseerd
op lineaire antennes anderzijds.
Na een algemene inleiding tot diamant in hoofdstuk 1, worden in hoofdstuk 2 de depositietechieken beschreven met de nadruk op de technologie
gebaseerd op lineaire antennes.
In hoofdstuk 3 volgt een beschrijving van de karakterisatietechnieken (Insitu laser interferometrie, optische emissie spectroscopie, scanning and
transmissie electron microscopie, X-ray diffractie, electron energy loss
spectroscopie, Raman spectroscopie en oppervlaktekrommingsmetingen)
gebruikt voor deze thesis.
In hoofdstuk 4 ligt de focus op een literatuurstudie met betrekking tot de
diamantplaatjesstructuren.
Het piezoresistieve effect van boor-gedoteerde en oppervlakte-geleidende
diamantfilms wordt beschreven in hoofdstuk 5, samen met een studie naar
de gevoeligheid van druksensoren op basis van diamantmembranen. Intrinsieke laageigenschappen zoals korrelgrootte, doteerniveau en specifieke morfologie hebben een invloeg op de afgezette laag. Bovendien
kan er voor nanokristallijne diamantfilms een groot deel van de stress
toegeschreven worden aan de mismatch in thermische expansiecoefficiënt tussen het substraat en de diamantlaag. Het substraat induceert een
bepaalde hoeveelheid stress die relaxeert door het onstaan van rimpels
wanneer het substraat gedeeltelijk wordt weggeëtst. De oorspronkelijke
hoeveelheid stress heeft een duidelijke impact op het aantal en de lengte van de rimpels.
Hoofdstuk 6 focust op de optimalisatie van de depositieparameters voor
de groei van kwaliteitsdiamant met behulp van lineaire antenne technologie. De invloed van de druk, gassamenstelling, afstand tot de antennes,
vermogen en substraatemperatuur wordt besproken. Hoewel het pulsen
van de microgolven theoretisch gezien veel potentiëel heeft, is er op experimenteel vlak nog optimalisatie nodig.
Tot slot wordt in hoofdstuk 7 de bijzondere morfologie, d.w.z. co-depositie
van plaatjes en octahedrische korrels, verkregen voor lagen met hoge
kwaliteit in detail geanalyseerd en een groeimodel wordt voorgesteld op
basis van aanwezige vreemde materialen
Growth of Boron-Doped Diamond Films on Gold-Coated Substrates with and without Gold Nanoparticle Formation
No full textThis work describes the growth of boron-doped nanocrystalline diamond (B:NCD) films on gold-coated substrates and methodologies for achieving B:NCD with either smooth morphologies or on top of gold nanoparticles (AuNPs) of varying sizes controlled by the surface pretreatment. B:NCD is deposited uniformly over similar to 1 cm(2) gold-coated substrates. AuNPs of similar to 100-500 nm diameter formed during microwave plasma-assisted chemical vapor deposition, and these were overgrown by diamond. The size of the AuNPs under the diamond film can be increased by oxygen treatment of the surface prior to growth. AuNPs under the diamond film can be suppressed by growing a diamond nucleation layer at a lower temperature and in the presence of CO2 in a linear antenna diamond growth reactor.This work was financially supported by the Hasselt Univ. Special Research Fund (BOF) and the Methusalem NANO network. The Hercules Foundation Flanders is acknowledged for financial support of the Raman and LA MW CVD equipment. S.S.N. is a Newton International Fellow of the Royal Society. P.P. is a Postdoctoral Fellow, and J.R. is a Ph.D. Fellow of the Research Foundation-Flanders (FWO). We gratefully acknowledge Prof. Bohuslav Rezek for fruitful discussions, Mr. Bart Ruttens for EDX spectroscopic measurements, and Mr. Johnny Baccus for technical assistance
n-Type phosphorus-doped nanocrystalline diamond: electrochemical and in situ Raman spectroelectrochemical study
No full textElectrochemical and in situ Raman spectroelectrochemical characterization of n-type phosphorus-doped nanocrystalline diamond (P-NCD) is carried out. The P-NCD films are grown by microwave plasma enhanced chemical vapour deposition and doped with phosphorus at a concentration of 10 000 ppm in the gas phase. Micro-Raman spectroscopy determines the film quality (presence of graphitic or amorphous phases). All electrochemical measurements are performed in aqueous 0.5 M H2SO4 electrolyte solution. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) confirms the n-type conduction of a P-NCD electrode and from the Mott-Schottky plot the donor concentration (N-D) of 1.8 x 10(18) cm(-3) is determined. The in situ Raman spectroelectrochemistry is performed in the potential range from -1.5 to 1.5 V vs. Ag/AgCl using two laser excitations (633 nm and 488 nm). In the case of the as-prepared PNCD film, the Raman modes belonging to non-diamond (sp(2)) impurities change their intensities during applied potentials. The intensity of such Raman peaks increases at cathodic potentials, while at anodic potentials they disappear. On the other hand, the intensity and position of the sp(3) diamond peak (1334 cm(-1)) exhibit no spectroelectrochemical changes and the same holds for the photoluminescence peak (at 1.68 eV) assigned to Si-impurities. After several cyclic voltammetry (CV) scans, the electrochemical potential window of a P-NCD electrode increases. This is due to the "electrochemical burning" of impurities at large anodic potentials, which is also confirmed by in situ Raman spectroelectrochemistry. Angle-resolved XPS confirms partial electrochemical oxidation of P-NCD in thin surface layers.This work was supported by the Grant Agency of the Czech Republic (contract No. 13-31783S), the Research Foundation Flanders (FWO) (G.0456.12) and the J. E. Purkyne fellowship awarded to V. Mortet by Academy of Sciences of the Czech Republic
Direct nucleation of hexagonal boron nitride on diamond: Crystalline properties of hBN nanowalls
No full textHexagonal boron nitride (hBN) nanowalls were deposited by unbalanced radio frequency sputtering on (100)-oriented silicon, nanocrystalline diamond films, and amorphous silicon nitride (Si3N4) membranes. The hBN nanowall structures were found to grow vertically with respect to the surface of all of the substrates. To provide further insight into the nucleation phase and possible lattice distortion of the deposited films, the structural properties of the different interfaces were characterized by transmission electron microscopy. For Si and Si3N4 substrates, turbostratic and amorphous BN phases form a clear transition zone between the substrate and the actual hBN phase of the bulk nanowalls. However, surprisingly, the presence of these phases was suppressed at the interface with a nanocrystalline diamond film, leading to a direct coupling of hBN with the diamond surface, independent of the vertical orientation of the diamond grain. To explain these observations, a growth mechanism is proposed in which the hydrogen terminated surface of the nanocrystalline diamond film leads to a rapid formation of the hBN phase during the initial stages of growth, contrary to the case of Si and Si3N4 substrates. (C) 2017 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.The Hercules Foundation Flanders is acknowledged for financial support of the Raman equipment
Engineering the interface characteristics on the enhancement of field electron emission properties of vertically aligned hexagonal boron nitride nanowalls
No full textUtilization of Au and nanocrystalline diamond (NCD) as interlayers noticeably modifies the microstructure and field electron emission (FEE) properties of hexagonal boron nitride nanowalls (hBNNWs) grown on Si substrates. The FEE properties of hBNNWs on Au could be turned on at a low turn-on field of 14.3V mu m(-1), attaining FEE current density of 2.58mAcm(-2) and life-time stability of 105 min. Transmission electron microscopy reveals that the Au-interlayer nucleates the hBN directly, preventing the formation of amorphous boron nitride (aBN) in the interface, resulting in enhanced FEE properties. But Au forms as droplets on the Si substrate forming again aBN at the interface. Conversely, hBNNWs on NCD shows superior in life-time stability of 287 min although it possesses inferior FEE properties in terms of larger turn-on field and lower FEE current density as compared to that of hBNNWs-Au. The uniform and continuous NCD film on Si also circumvents the formation of aBN phases and allows hBN to grow directly on NCD. Incorporation of carbon in hBNNWs from the NCD-interlayer improves the conductivity of hBNNWs, which assists in transporting the electrons efficiently from NCD to hBNNWs that results in better field emission of electrons with high life-time stability.The authors like to thank the financial support of the Research Foundation Flanders (FWO) via Research Projects G.0456.12 and G.0044.13N, the Methusalem “NANO” network. K. J. Sankaran, P. Pobedinskas, and S. Turner are FWO Postdoctoral Fellows of the Research Foundations Flanders (FWO)
On the Origin of Diamond Plates Deposited at Low Temperature
No full textThe crucial requirement for diamond growth at low temperatures, enabling a wide range of new applications, is a high plasma density at a low gas pressure, which leads to a low thermal load onto sensitive substrate materials. While these conditions are not within reach for resonance cavity plasma systems, linear antenna microwave delivery systems allow the deposition of high quality diamond films at temperatures around 400 degrees C and at pressures below 1 mbar. In this work the codeposition of high quality plates and octahedral diamond grains in nanocrystalline films is reported. In contrast to previous reports claiming the need for high temperatures (T >= 850 degrees C), low temperatures (320 degrees C <= T <= 410 degrees C) were sufficient to deposit diamond plate structures. Cross-sectional high resolution transmission electron microscopy studies show that these plates are faulty cubic diamond terminated by large {111} surface facets with very little sp(2) bonded carbon in the grain boundaries. Raman and electron energy loss spectroscopy studies confirm a high diamond quality, above 93% sp(3) carbon content. Three potential mechanisms, that can account for the initial development of the observed plates rich with stacking faults, and are based on the presence of impurities, are proposed.The Research Foundation - Flanders (FWO) is gratefully acknowledged for financial support in the form of the Postdoctoral Fellowships of P.P. and S.T., contract G.0044.13N "Charge ordering" (S.K., J.V.), the Methusalem "Nano" network, and the Hercules-linear antenna and Raman equipment
Comment on "the exact seismic response of an ocean and a N-layer configuration" by G.G. Drijkonnigen and J.T. Fokkema. Reply Commentaire sur "reponse sismique exacte d' un ocean et configuration a n-couches" par G.G. Drijkoningen et J.T. Fokkema. Reponse
No full textAcquiring Sustainable, Efficient High-Resolution Seismic Data for Geothermal Exploration in an Urban Environment
No full textThe overall conditions under which geophysical data are being acquired have changed over the past five years due to the global economy combined with an increased emphasis on low environmental impact sustainability and safety. For land seismic acquisition, minimizing land disturbance, reducing CO2 emissions and increasing crew safety are key motivators to use innovations that drastically change conventional land seismic acquisition methods. One of the sources proven to do this is the eVibe developed by Seismic Mechatronics B V. They were recently contracted to undertake an urban seismic program utilizing their proprietary eVibe source in combination with Stryde Nodes. The seismic survey was acquired in one of the largest cities in the Netherlands, without the need for permits. Being able to minimize environmental impact, to reach a high safety standard and to acquire high-quality data in a noisy urban environment with the used technology made this project a success. This paper compares the results achieved by the Storm10 eVibe in combination with Stryde nodes to results previously obtained by an explosive survey. We show that the results are technically superior, with the eVibe and the Stryde Nodes proving far better suited to acquiring seismic data within this challenging and restrictive urban environment.Applied Geophysics and Petrophysic
- …
