光電パターニング。レーザー誘起交流電気熱流に対する電極材料と厚さの影響

Optoelectric patterning: Effect of electrode material and thickness on laser-induced AC electrothermal flow.

• Avanish Mishra
• Jian-Wei Khor
• Katherine N Clayton
• Stuart J Williams
• Xudong Pan
• Tamara Kinzer-Ursem
• Steve Wereley

抄録

ラピッド動電パターニング（REP）は、粒子をトラップして変換するためのレーザー誘導AC電気熱流と粒子-電極相互作用を利用した新しい光電技術です。REPの電気熱流は、薄い電極層のレーザー吸収によって誘導される温度上昇によって駆動されます。これまでのREPアプリケーションでは、350-700 nmのインジウムスズ酸化物（ITO）層が電極として使用されてきた。本研究では、ITO電極上で照射されたレーザーの92％以上が吸収されずに透過するため、ITOは非効率的な電極選択であることを示す。理論的、計算的、実験的アプローチを用いて、与えられたレーザー出力に対して、温度上昇は電極材料とその厚さの両方によって制御されることを実証した。厚さ25nmのTi電極では、厚さ700nmのITO電極と同じ速度で電気熱流を発生させることができますが、ITOで使用されるレーザーパワーの14%しか必要としませんでした。これらの結果は、システムの材料コストと消費電力を下げることで、低コストのポータブルREPシステムの設計における重要な一歩を示しています。

Rapid electrokinetic patterning (REP) is an emerging optoelectric technique that takes advantage of laser-induced AC electrothermal flow and particle-electrode interactions to trap and translate particles. The electrothermal flow in REP is driven by the temperature rise induced by the laser absorption in the thin electrode layer. In previous REP applications 350-700 nm indium tin oxide (ITO) layers have been used as electrodes. In this study, we show that ITO is an inefficient electrode choice as more than 92% of the irradiated laser on the ITO electrodes is transmitted without absorption. Using theoretical, computational, and experimental approaches, we demonstrate that for a given laser power the temperature rise is controlled by both the electrode material and its thickness. A 25-nm thick Ti electrode creates an electrothermal flow of the same speed as a 700-nm thick ITO electrode while requiring only 14% of the laser power used by ITO. These results represent an important step in the design of low-cost portable REP systems by lowering the material cost and power consumption of the system.

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