Name: plasma-assisted molecular beam epitaxy growth of mg3n2 and zn3n2 thin films
Uploaded: 2019-05-11T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films at JoVE.com

وقد دعم هذا العمل مجلس البحوث الطبيعية والهندسية في كندا.

1. إعداد الركيزة MgO
ملاحظة: تم استخدام الركائز المربعة أحادية اللون من الكريستال الواحد MgO (1 سم × 1 سم) لـ X3N2 (X = Zn and Mg) لنمو الأفلام الرقيقة.
<ol><li>ارتفاع درجة الحرارة الصلب<ol>
<li>ضع MgO على حامل عينة رقاقة الياقوت نظيفة مع الجانب المصقول التي تواجه صعودا في فرن والصلب ل?...

<ol>
	<li>Suda, T., Kakishita, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band-gap+energy+and+electron+effective+mass+of+polycrystalline+Zn3N2.">Band-gap energy and electron effective mass of polycrystalline Zn3N2.</a> Journal of Applied Physics. 99 (7), 076101.1-076101.3 (2006).</li><li>Hu, J., Bando, Y., Zhan, J., Zhi, C., Golberg, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotubes+as+nanoreactors+for+fabrication+of+single-crystalline+Mg3N2+nanowires.">Carbon nanotubes as nanoreactors for fabrication of single-crystalline Mg3N2 nanowires.</a> Nano Letters. 6 (6), 1136-1140 (2006).</li><li>Fang, C. M., Groot, R. A., Bruls, R. J., Hintzen, H. T., With, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ab+initio+band+structure+calculations+of+Mg3N2+and+MgSiN2.">Ab initio band structure calculations of Mg3N2 and MgSiN2.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 11 (25), 4833-4842 (1999).</li><li>Yoo, S. H., Walsh, A., Scanlonc, D. O., Soon, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electronic+structure+and+band+alignment+of+zinc+nitride,+Zn3N2.">Electronic structure and band alignment of zinc nitride, Zn3N2.</a> RSC Advances. 4 (7), 3306-3311 (2014).</li><li>Partin, D. E., Williams, D. J., O'Keeffe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+crystal+structures+of+Mg3N2+and+Zn3N2.">The crystal structures of Mg3N2 and Zn3N2.</a> Journal of Solid-State Chemistry. 132 (1), 56-59 (1997).</li><li>Ullah, M., Murtaza, G., Ramay, S. M., Mahmood, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural,+electronic,+optical+and+thermoelectric+properties+of+Mg3X2+(X+=+N,+P,+As,+Sb,+Bi)+compounds.">Structural, electronic, optical and thermoelectric properties of Mg3X2 (X = N, P, As, Sb, Bi) compounds.</a> Materials Research Bulletin. 91, 22-30 (2017).</li><li>Li, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrocatalytic+zinc+composites+as+the+efficient+counter+electrodes+of+dye-sensitized+solar+cells:+study+on+the+electrochemical+performance+and+density+functional+theory+Calculations.">Electrocatalytic zinc composites as the efficient counter electrodes of dye-sensitized solar cells: study on the electrochemical performance and density functional theory Calculations.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 7 (51), 28254-28263 (2015).</li><li>Sinha, S., Choudhury, D., Rajaraman, G., Sarkar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+layer+deposition+of+Zn3N2+thin+films:+growth+mechanism+and+application+in+thin+film+transistor.">Atomic layer deposition of Zn3N2 thin films: growth mechanism and application in thin film transistor.</a> RSC Advances. 5 (29), 22712-22717 (2015).</li><li>Bhattacharyya, S. R., Ayouchi, R., Pinnisch, M., Schwarz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+characteristic+of+zinc+nitride+based+thin+film+transistors.">Transfer characteristic of zinc nitride based thin film transistors.</a> Physica Status Solidi C. 9 (3-4), 469-472 (2012).</li><li>Wu, P., Tiedje, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+beam+epitaxy+growth+and+optical+properties+of+Mg3N2+films.">Molecular beam epitaxy growth and optical properties of Mg3N2 films.</a> Applied Physics Letters. 113 (8), 082101.1-082101.4 (2018).</li><li>Wu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+beam+epitaxy+growth+and+optical+properties+of+single+crystal+Zn3N2+films.">Molecular beam epitaxy growth and optical properties of single crystal Zn3N2 films.</a> Semiconductor Science and Technology. 31 (10), 10LT01.1-10LT01.4 (2016).</li><li>Jiang, N., Georgiev, D. G., Jayatissa, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+the+pressure+and+the+oxygen+content+of+the+sputtering+gas+on+the+structure+and+the+properties+of+zinc+oxy-nitride+thin+films+deposited+by+reactive+sputtering+of+zinc.">The effects of the pressure and the oxygen content of the sputtering gas on the structure and the properties of zinc oxy-nitride thin films deposited by reactive sputtering of zinc.</a> Semiconductor Science and Technology. 28 (2), 025009 (2013).</li><li>Nakano, Y., Morikawa, T., Ohwaki, T., Taga, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+characterization+of+p-type+N-doped+ZnO+films+prepared+by+thermal+oxidation+of+sputtered+Zn3N2+films.">Electrical characterization of p-type N-doped ZnO films prepared by thermal oxidation of sputtered Zn3N2 films.</a> Applied Physics Letters. 88 (17), 172103.1-172103.3 (2006).</li><li>Cao, X., Yamaguchi, Y., Ninomiya, Y., Yamada, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+study+of+electron+transport+mechanisms+in+epitaxial+and+polycrystalline+zinc+nitride+films.">Comparative study of electron transport mechanisms in epitaxial and polycrystalline zinc nitride films.</a> Journal of Applied Physics. 119 (2), 025104.1-025104.10 (2016).</li><li>Jia, J., Kamijo, H., Nakamura, S., Shigesato, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+the+sputtering+process+influence+structural,+optical,+and+electrical+properties+of+Zn3N2+films.">How the sputtering process influence structural, optical, and electrical properties of Zn3N2 films.</a> MRS Communications. 8 (2), 314-321 (2018).</li><li>Trapalis, A., Hefferman, J., Farrer, I., Sherman, J., Kean, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural,+electrical+and+optical+characterization+of+as-grown+and+oxidized+zinc+nitride+films.">Structural, electrical and optical characterization of as-grown and oxidized zinc nitride films.</a> Journal of Applied Physics. 120 (20), 205102.1-205102.9 (2016).</li><li>N&#250;&#241;ez, C. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+zinc+nitride+properties+and+the+unintentional+incorporation+of+oxygen.">On the zinc nitride properties and the unintentional incorporation of oxygen.</a> Thin Solid Films. 520 (6), 1924-1929 (2012).</li><li>Oshima, T., Fujita, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=(111)-oriented+Zn3N2+growth+on+a-plane+sapphire+substrates+by+molecular+beam+epitaxy.">(111)-oriented Zn3N2 growth on a-plane sapphire substrates by molecular beam epitaxy.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 45 (111), 8653-8655 (2006).</li><li>Heavens, O. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Optical properties of thin solid films. , 46-48 (1955).</li><li>Heyns, A. H., Prinsloo, L. C., Range, K. J., Stassen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+vibrational+spectra+and+decomposition+of+&#945;-calcium+nitride+(&#945;-Ca3N2)+and+magnesium+nitride+(Mg3N2).">The vibrational spectra and decomposition of &#945;-calcium nitride (&#945;-Ca3N2) and magnesium nitride (Mg3N2).</a> Journal of Solid-State Chemistry. 137, 33-41 (1998).</li><li>Lewis, R. B., Bahrami-Yekta, V., Patel, M. J., Tiedje, T., Masnadi-Shirazi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Closed-cycle+cooling+of+cryopanels+in+molecular+beam+epitaxy.">Closed-cycle cooling of cryopanels in molecular beam epitaxy.</a> Journal of Vacuum Science Technology B. 32 (2), 02C102.1-02C102.7 (2014).</li></ol>

وتشارك مجموعة متنوعة من الاعتبارات في اختيار ركائز وتحديد ظروف النمو التي تحسن الخصائص الهيكلية والإلكترونية للأفلام. يتم تسخين ركائز MgO في درجة حرارة عالية في الهواء (1000 درجة مئوية) لإزالة تلوث الكربون من السطح وتحسين النظام البلورية في سطح الركيزة. التنظيف بالموجات فوق الصوتية في الأسي?...

الموادII 3-V2 هي فئة من أشباه الموصلات التي تلقت القليل نسبيا من الاهتمام من مجتمع بحوث أشباه الموصلات مقارنة مع أشباه الموصلات III-V و II-VI1. وملغ والزنك نيتريدس، ملغ3N2 والزنك3N2،هي جذابة لتطبيقات المستهلك لأنها تتألف من عناصر وفيرة وغير سامة، مما يجعلها غير مكلفة وسهلة لإعادة تدوير على عكس معظم III-V و II-VI أشباه الموصلات المركبة. أنها تعرض هيكل الكريستال المضادة للبيكسبيت مماثلة لهيكل CaF 2، مع واحدة من شبكة الاتصالات الفدرالية المتشابكة F-sublattices يجري نصف المحتلة2،3،4،5. كلاهما مباشرة الموادالفجوة الفرقة 6، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات البصرية7،8،9. الفجوة الفرقة من ملغ3N2 في الطيف المرئي (2.5 eV)10، والفجوة الفرقة من الزنك3N2 في الأشعة تحت الحمراء القريبة (1.25 eV)11. لاستكشاف الخصائص الفيزيائية لهذه المواد وإمكاناتها لتطبيقات الأجهزة الإلكترونية والبصرية، من المهم الحصول على أفلام الكريستال ذات جودة عالية وواحدة. وقد تم تنفيذ معظم الأعمال على هذه المواد حتى الآن على مساحيق أو أفلام متعددة البلورات التي أدلى بها رد الفعل التأتأة12،13،14،15،16، 17.
الشعاع الجزيئي epitaxy (MBE) هو طريقة متطورة ومتعددة الاستخدامات لزراعة أفلام أشباه الموصلات المركبة أحادية الكريستال18 التي لديها القدرة على إنتاج مواد ذات جودة عالية باستخدام بيئة نظيفة ومصادر عنصرية عالية النقاء. وفي الوقت نفسه، يتيح عمل الغالق السريع MBE تغييرات في فيلم على مقياس الطبقة الذرية ويسمح بالتحكم الدقيق في سمك. هذه الورقة تقارير عن نمو ملغ3N2 والزنك3N2 الأفلام الظهارية على ركائز MgO من قبل MBE بمساعدة البلازما، وذلك باستخدام عالية النقاء الزنك وملغ كمصادر بخار وN2 الغاز كمصدر النيتروجين.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:743px;" width="742">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">(100) MgO</td>
			<td style="width:123px;">University Wafer</td>
			<td style="width:123px;">214018</td>
			<td style="width:276px;">one side epi-polished</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">Acetone</td>
			<td style="width:123px;">Fisher Chemical&#160;</td>
			<td style="width:123px;">170239</td>
			<td style="width:276px;">99.8%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">Argon laser</td>
			<td style="width:123px;">Lexel Laser</td>
			<td style="width:123px;">00-137-124</td>
			<td>488 nm visible wavelength, 350 mW output power</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:222px;">Chopper&#160;</td>
			<td style="width:123px;">Stanford Research system&#160;</td>
			<td style="width:123px;">SR540</td>
			<td style="width:276px;">&#160;Max. Frequency: 3.7 kHz&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:222px;">Lock-in amplifier&#160;</td>
			<td style="width:123px;">Stanford Research system&#160;</td>
			<td style="width:123px;">37909</td>
			<td style="width:276px;">DSP SR810, Max. Frequency: 100 kHz&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">Magnesium&#160;</td>
			<td style="width:123px;">UMC</td>
			<td style="width:123px;">MG6P5</td>
			<td style="width:276px;">99.9999%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:222px;">MBE system</td>
			<td style="width:123px;">VG Semicon</td>
			<td style="width:123px;">V80H0016-2 SHT 1</td>
			<td style="width:276px;">V80H-10</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">Methanol&#160;</td>
			<td style="width:123px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:123px;">L30U027</td>
			<td style="width:276px;">Semi-grade 99.9%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">Nitrogen</td>
			<td style="width:123px;">Praxair</td>
			<td style="width:123px;">402219501</td>
			<td style="width:276px;">99.998%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">Oxygen&#160;</td>
			<td style="width:123px;">Linde Gas</td>
			<td style="width:123px;">200-14-00067</td>
			<td style="width:276px;">&#62; 99.9999%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">Plasma source</td>
			<td style="width:123px;">SVT Associates</td>
			<td style="width:123px;">SVTA-RF-4.5PBN</td>
			<td>PBN, 0.11&#34; Aperture, Specify Length: 12&#34; &#8211; 20&#34;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">Si photodiode&#160;</td>
			<td style="width:123px;">Newport</td>
			<td style="width:123px;">2718</td>
			<td style="width:276px;">818-UV Enhanced, 200 - 1100 nm</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:222px;">Zinc&#160;</td>
			<td style="width:123px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:123px;">7440-66-6</td>
			<td style="width:276px;">99.9999%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

plasma-assisted molecular beam epitaxy growth of mg3n2 and zn3n2 thin films

يصف هذا مادة إجراء ل ينمو [مغ]3[ن]2 و [زن]3[ن]2 أفلام ب [بلازما-كنّد] شعاع جزيئيّة [إبيإكسي] ([مب]). وتزرع الأفلام على 100 الموجهة MgO ركائز مع الغاز N2 كمصدر النيتروجين. يتم وصف طريقة إعداد الركائز وعملية نمو MBE. يتم رصد التوجه والنظام البلورية للطبقة والأسطح الفيلم من قبل انعكاس انعراج الإلكترون عالية الطاقة (RHEED) قبل وأثناء النمو. يتم قياس انعكاسية الطيفية لسطح العينة أثناء النمو مع ليزر أيون مع الطول الموجي من 488 نانومتر. من خلال تركيب الاعتماد على الوقت من انعكاسية لنموذج رياضي، يتم تحديد مؤشر الانكسار، ومعامل الانقراض البصري، ومعدل نمو الفيلم. يتم قياس التدفقات المعدنية بشكل مستقل كدالة لدرجات حرارة خلية الانصباب باستخدام شاشة كريستال الكوارتز. معدلات النمو النموذجية هي 0.028 نانومتر / ث في درجات حرارة النمو من 150 درجة مئوية و 330 درجة مئوية لملغ3N2 والزنك3N2 الأفلام، على التوالي.

الكائن الأسود في بداية في الشكل 5B هو صورة ل200 نانومتر 200 نانومتر الزنك3N2 فيلم رقيقة. وبالمثل، فإن الكائن الأصفر في الداخل في الشكل 5C هو نمت 220 نانومتر ملغ3N2 فيلم رقيقة. الفيلم الأصفر شفاف إلى حد أنه من السهل قراءة النص ...

Watch this Scientific Journal Video about Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films at JoVE.com

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

يصف هذا مادة الحالة نموّ من أفلام إبيتاكسيّ من [مغ]3[ن]2 و [زن]3[ن]2 على [مغو] ركائز ب [بلازما-كنّد] شعاع جزيئيّة [إبيإكسي] مع [ن]2 غاز كالنيتروجين مصدر وبصريّة حالة نموّ رصد.

البلازما بمساعدة شعاع الجزيئية Epitaxy النمو من ملغ3N2 والزنك3N2 أفلام رقيقة

This article describes a procedure for growing Mg3N2 and Zn3N2 films by plasma-assisted molecular beam epitaxy (MBE). The films are grown on 100 oriented ...

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.

Research

JoVE Journal

Engineering

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

الجزيئية الطيف الكتلي مع الحزمة الانضباطي الإشعاع فوق البنفسجي فراغ السنكروترون (VUV)

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

أنواع جديدة والتوافر الحيوي قياسات البلوتونيوم البيئة عن طريق الإنتشار في أغشية رقيقة

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors

بمساعدة البلازما الجزيئية شعاع إبيتاز من InAlN من العوائق الترانزستور عالية الإلكترون التنقل N-القطبية

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

في الموقع رصد تدهور الأداء المتسارع للخلايا الشمسية والوحدات النمطية: دراسة حالة للخلايا الشمسية2 Se Cu (في, Ga)

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

تركيز أيون شعاع تلفيق نانوباتيريس ليبون-على أساس الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون للاختبار في الموقع

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

تصنيع الأفلام اللون رقيقة جداً مع الغاية استيعاب وسائل الإعلام استخدام الترسيب زاوية مائلة

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

مراقبة السينما لدراسة مساهمات موجات لديناميات تأثير الحبرية في الأفلام السائل المتدفق رقيقة

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

تصنيع شوتكي الثنائيات في هيتيروستروكتوري بيمجزنو/أكسيد الزنك Zn القطبية نمت تنضيد الحزمة الجزيئية مساعدة البلازما

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Demonstration of Equal-Intensity Beam Generation by Dielectric Metasurfaces

عرض على توليد شعاع متساوي الكثافة بواسطة الأسطح الانسيابية

The fabrication and characterization protocol for a metasurface beam splitter, enabling equal-intensity beam generation, is demonstrated. Hydrogenated ...

Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects

إجراءات نقل أفلام البوليمر إلى ركائز مسامية مع عيوب أقل

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support ...