في هذا الفيديو، نعرض كيفية زراعة أفلام ظهارية من نتريت المغنيسيوم والنيتري الزنك بواسطة البلازما بمساعدة شعاع الجزيئية، أو MBE لفترة قصيرة. نيتريت المغنيسيوم والزنك نتريت هي المواد أشباه الموصلات المركبة II-V. هذه فئة غير مستكشفة نسبيا من أشباه الموصلات.
لديهم بنية الكريستال المضادة لـ bixbyite ، والتي تحتوي على 80 ذرة في خلية الوحدة المكعبة التقليدية. وتزرع الأفلام في نظام V80 V 80. الغرفة الأفقية على اليسار هي غرفة التحضير والغرفة المستديرة على اليمين هي غرفة النمو حيث يحدث نمو الفيلم.
قفل إدخال العينة، الموجود في الطرف الأيسر من غرفة التحضير. أفضل الركيزة التي وجدناها لنمو نتريت المغنيسيوم الظهارية والزنك نيتريت هو 100 الموجهة أكسيد المغنيسيوم الكريستالية. يتم وضع ركائز مربعة سنتيمتر واحد لأول مرة على الناقل عينة رقاقة الياقوت مع الجانب المصقول حتى ومحن لمدة تسع ساعات في 1، 000 درجة C.High درجة الحرارة الصلب يزيل الكربون من السطح ويعيد بناء هيكل الكريستال السطح من ركائز الكريستال أكسيد المغنيسيوم واحد.
بعد التلاطيف ، يتم شطف العينات في الماء الأيون ، والمغلي في الأسيتون لمدة 30 دقيقة لإزالة أي تلوث الكربون العضوي من المناولة ، ثم يتم شطفها مرة أخرى في الميثانول وتجفيفها بالنتروجين. الخطوة الأولى في نمو MBE هي تشغيل مياه التبريد لخلايا الاندماج وكفن التبريد في غرفة النمو. ثم ننتقل على الليزر رصد النمو، وإمدادات الطاقة RHEED، وإمدادات الطاقة مولد البلازما RF، ونظام توازن الكريستال الكوارتز.
يتم تركيب ركائز أكسيد المغنيسيوم على حاملات عينة الموليبدينوم بقطر ثلاثة بوصات مع مقاطع الربيع التنغستن. الخطوة الأولى في تحميل العينات في MBE هو لإيقاف مضخة توربو وتنفيس قفل دخول سريع. تتم إزالة الكاسيت حامل العينة من قفل الدخول السريع وعينة جديدة تحميلها في الكاسيت ويتم وضع الكاسيت مرة أخرى في قفل الدخول السريع.
يتم استخدام مضخة توربو لإخلاء قفل الدخول السريع. لذلك نحن عادة إزالة الغاز الركيزة في قفل دخول سريع في 100 درجة مئوية ، درجة مئوية ، لمدة 30 دقيقة. وبعد ذلك، نقله إلى غرفة التحضير للتهوية في 400 درجة مئوية لمدة خمس ساعات.
يتم نقل حامل عينة إزالة الغاز بواسطة آلية عربة إلى غرفة النمو حيث يتم تحميلها في المتلاعب العينة. العينة خارج الغاز في المتلاعب في 750 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. تأكد من تشغيل مياه التبريد في كفن التبريد لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.
في حالة نمو نتريت المغنيسيوم ، يتم زيادة درجة حرارة الركيزة إلى 330 درجة. وينبغي أن يكون ضغط غرفة النمو الآن أقل من 10 إلى ناقص ثمانية تور. الجهد على انعكاس الطاقة العالية الإلكترون مسدس الحيود، أو RHEED لفترة قصيرة، يتم زيادة ببطء إلى 15 كيلوفولت ويتم تعيين تيار سخان خيوط في واحد ونصف أمبير.
يتم تدوير حامل الركيزة حتى يظهر نمط الحيود الإلكتروني المحاذاة مع محور الرسم الكريستالي الأساسي للركيزة ونمط حيود إلكترون أحادي البلور واضح مرئي. وتستخدم المجموعة القياسية ثلاثة خلايا نشر نوع أو خلايا نشر درجة حرارة منخفضة للمغنيسيوم والزنك. تم تحميل البوتقات مع 15 غراما و 25 غراما من المغنيسيوم عالية النقاوة والزنك النار، على التوالي.
خلايا الانصهار المصدر الزنك والمغنيسيوم هي خارج الغاز في 250 درجة لمدة ساعة واحدة مع مصاريع مغلقة. عادة يتم ذلك قبل تحميل الركيزة في المتلاعب. بعد تحميل الركيزة، نحن تسخين خلية الانصهار الزنك تصل إلى 350 درجة مئوية وخلية المغنيسيوم إلى 390 درجة C.The خلايا الاندماج يسمح لتحقيق الاستقرار لمدة 10 دقائق في درجات حرارة التشغيل الخاصة بهم قبل فتح مصاريع.
يتم وضع شاشة الكريستال الكوارتز قابل للسحب أمام الركيزة داخل الغرفة. تأكد من أن الركيزة مغطاة بالكامل بواسطة الكاشف ، بحيث لا يتم إيداع أي معدن على الركيزة. إدخال كثافة المعدن في وحدة تحكم مراقبة الكريستال الكوارتز، بحيث يمكن أن تقرأ وحدة تحكم سمك المعدن المودع على استشعار الكريستال الكوارتز.
من أجل معايرة تدفق، ونحن فتح مصراع على واحد من المصادر المعدنية والسماح للتدفق المعدني من واحدة من خلية ضخ للإيداع على أجهزة الاستشعار. سوف يزيد سمك قياسها من قبل وحدة تحكم خطيا مع مرور الوقت كما يتراكم المعدن على أجهزة الاستشعار. عن طريق تركيب خط مستقيم إلى سمك كدالة من الزمن، نحصل على قياس دقيق للتدفق المعدني.
بمجرد الانتهاء من قياسات التدفق ، أغلق مصاريع خلايا التسريب واسحب كاشف جهاز الكريستال الكوارتز من الجزء الأمامي من حامل العينة. يُظهر هذا الرسم البياني درجة الحرارة الاعتماد على تدفق يتم قياس مصدر المعدن مع جهاز الكريستال الكوارتز. يتم إصلاح الخطوط المستقيمة إلى علاقة Arhenius.
يتضاعف تدفق تقريبا لكل 12 زيادة درجة في درجة حرارة المصدر. إيقاف التيار خيوط والجهد العالي على بندقية RHEED لمنع الأضرار التي لحقت خيوط في وجود ارتفاع ضغط غاز النيتروجين في غرفة النمو. الخطوة التالية هي بدء مصدر البلازما النيتروجين.
فتح صمام الغاز على اسطوانة الضغط العالي، ثم فتح ببطء صمام تسرب حتى ضغط النيتروجين في غرفة النمو تصل ثلاث إلى أربع مرات 10 إلى ناقص خمسة تور. ثم تعيين الطاقة على 13.56 ميغاهيرتز RF امدادات الطاقة إلى 300 واط. يتم بدء البلازما مع إشعال على مصدر البلازما.
عندما بدأت البلازما، توهج الأرجواني مشرق مرئيا من ميناء عرض في الجزء الخلفي من مصدر البلازما. اضبط عنصر التحكم في مربع مطابقة الترددات الراديوية لتقليل القدرة العاكسة قدر الإمكان. قوة تنعكس أقل من 15 واط جيدة.
التركيز على 488 نانومتر المفروم الطول الموجي أرجون ضوء الليزر تنعكس من الركيزة في غرفة النمو على صمام ثنائي الصور سيليكون، بحيث يمكن الكشف عن إشارة كهربائية من قبل مكبر للصوت قفل في. ويتم ذلك عن طريق ضبط زاوية الركيزة من خلال تدوير حامل الركيزة حول محورين وعن طريق ضبط موضع كاشف السيليكون والتركيز العدسة التي تجمع الضوء المنعك كما هو مبين في هذه الصورة. يتم استخدام فلتر خط الليزر لمنع جميع الضوء باستثناء ضوء نانومتر 488 من ليزر الأرجون.
يتم قياس الناتج الصمام الثنائي الصورة مع مكبر للصوت قفل في وهذا واحد يتناسب مع انعكاسية سطح الركيزة. افتح مصراع أحد المصادر المعدنية. تسجيل انعكاسية تعتمد على الوقت مع مسجل بيانات يتم التحكم فيه على الكمبيوتر.
سوف ينتج نمو فيلم الإكسياسي إشارة متذبذبة تنعكس مرتبطة بالتداخل البصري الرقيق بين الأسطح الأمامية والخلفية للفيلم. عندما يتم أخذ أفلام نيتريت المغنيسيوم لأول مرة من MBE ، فهي صفراء ، ولكنها تتلاشى بسرعة إلى لون ابيض. لحماية الأفلام من الأكسدة والهواء، فمن المستحسن أن يتم إيداع طبقة تغليف أكسيد المغنيسيوم على أعلى قبل إخراج الفيلم من غرفة النمو لحماية الفيلم من الأكسدة عندما يتعرض للهواء.
وهذا مهم بشكل خاص بالنسبة لنيت المغنيسيوم وأقل أهمية لنيت الزنك. من أجل إيداع طبقة تغليف أكسيد المغنيسيوم، وإغلاق غاز النيتروجين والتحول إلى غاز الأكسجين وزيادة ضغط الأكسجين إلى 10 إلى ناقص خمسة تور. خلال نمو طبقة التوجّي، نخفّض طاقة الترددات اللاسلكية إلى 250 واط.
البلازما يبدأ في قوة أقل الترددات اللاسلكية مع الأكسجين من مع النيتروجين. بمجرد تشغيل البلازما الأكسجين، فتح مصراع على مصدر المغنيسيوم ومراقبة انعكاسية تعتمد على الوقت لمدة 10 دقائق. وهذا سوف ينتج فيلم أكسيد المغنيسيوم الذي هو حوالي 10 نانومتر سميكة.
يمكن نمذجة انعكاسية بصرية للعينات مع هذه المعادلة. n2 هو مؤشر الانكسار من الركيزة أكسيد المغنيسيوم في 488 نانومتر، وهو ما يعادل 1.75. ثيتا هو زاوية الحادث الذي يقاس فيما يتعلق الركيزة الطبيعية.
و t هو الوقت خلال عملية النمو. يتم الحصول على الثوابت البصرية للفيلم ، n1 و K1 ، ومعدل النمو عن طريق تركيب انعكاسية كدالة للوقت مع المعادلة. المربع الأصفر هو مثال على فيلم نيتريت المغنيسيوم توج مع أكسيد المغنيسيوم والمربع الأسود هو فيلم نيتريت الزنك.
نيتريت المغنيسيوم هو أصفر لأنه يحتوي على فجوة الفرقة في مرئية، في حين أن نيتريت الزنك هو أسود لأنه الفجوة الفرقة هو الأشعة تحت الحمراء. الصورة على اليسار هي نمط الحيود الإلكترون RHEED لركيزة أكسيد المغنيسيوم عارية مع شعاع الإلكترون الانحياز بالتوازي مع اتجاه 110. الصورة الوسطى هي نمط الحيود من فيلم نيتريت الزنك والصورة على اليمين هي من فيلم نيتريت المغنيسيوم.
تظهر هذه النتائج أن الهياكل البلورية للأفلام المودعة موجهة في مستوى الركيزة كما نتوقع للأفلام الظهارية. وهذا يدل على ما يحدث لنمط الحيود الإلكترون عند تدوير الركيزة أكسيد المغنيسيوم العارية في المتلاعب عينة. يُظهر هذا الرسم البياني الانعكاسية البصرية كدالة للوقت أثناء نمو نتريت الزنك و أفلام نيتريت المغنيسيوم.
عن طريق تركيب الانعكاسية كدالة الزمن إلى النموذج البصري، يمكنك استخراج مؤشر الانكسار، ن، معامل الانقراض، ك، ومعدل النمو، ز، للأفلام. الانعكاسية قطرات مع مرور الوقت في حالة من أفلام نيتريت المغنيسيوم بسبب خشونة السطح تشتت، والتي نحن على غرار رياضيا من قبل أسي مبللة. في هذا الفيديو، أظهرنا لك كيفية زراعة مغنيسيوم الظهارية والزنك نتريت الأفلام بواسطة البلازما بمساعدة شعاع الجزيئية.
واحدة من نتائجنا هو أن قياس انعكاسية بصرية من العينات في حين أنها تنمو هو وسيلة جيدة لتحديد كل من معدل النمو والثوابت البصرية للفيلم. لسوء الحظ، لم تظهر موادنا الإضاءة الضوئية، سواء في درجة حرارة الغرفة أو في درجة حرارة منخفضة، لذلك هناك حاجة لإجراء المزيد من التحسينات في جودة الفيلم. التجارب في مختبرنا على عينات مسحوق توفر دليلا على كيفية القيام بذلك.
مساحيق نيتريت الزنك التي أدلى بها تفاعل الزنك مع الأمونيا في درجة حرارة عالية لا تظهر الإضاءة الضوئية قوية. وهذا يشير إلى أن استخدام الأمونيا بدلاً من غاز النيتروجين كمصدر للنيتروجين قد يكون وسيلة لصنع مواد ذات خصائص إلكترونية محسنة.
