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

Dette arbejde blev støttet af Canadas naturvidenskabs-og ingeniør Forskningsråd.

1. MgO substrat forberedelse
NOTE: Commercial One-side EPI-poleret (100) orienterede enkelt Crystal MgO firkantede substrater (1 cm x 1 cm) var ansat til X3N2 (x = Zn og mg) tynd film vækst.
<ol><li>Høj temperatur udglødning<ol>
<li>Placer MgO på en ren safir wafer prøve bærer med den polerede side opad i en ovn og anneal for 9 h ved 1.000 °C. Løft temperaturen til 1000 °C over en 10 min. periode. Bemærk: Højtemperaturs glødning fjerner kulstof...

<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>

En række overvejelser er involveret i valget af substrater og etablering af vækstbetingelser, der optimerer de strukturelle og elektroniske egenskaber af filmene. MgO-substrater opvarmes ved høj temperatur i luft (1000 °C) for at fjerne kulstof forurening fra overfladen og forbedre krystallinsk orden i substrat overfladen. Ultralyd rengøring i acetone er en god alternativ metode til at rense MgO substrater.
(400) X-ray diffraktion peak for Zn3N2 film blev fundet at v...

II3-v2 -materialerne er en klasse af halvledere, der har fået relativt lidt opmærksomhed fra halvleder FORSKNINGSSAMFUNDET sammenlignet med III-v og II-vi-halvledere1. Mg og Zn nitrides, mg3n2 og Zn3n2, er attraktive for forbrugeranvendelser, fordi de er sammensat af rigelige og ikke-giftige elementer, hvilket gør dem billige og nemme at genbruge i MODSÆTNING til de fleste III-V og II-vi sammensatte halvledere. De viser en anti-bixbyite krystalstruktur svarende til CaF2 struktur, med en af de interpenetratering FCC F-sublattices er halvt besat2,3,4,5. De er begge direkte band Gap materialer6, hvilket gør dem egnede til optiske applikationer7,8,9. Bånd hullet på mg3n2 er i det synlige spektrum (2,5 EV)10, og bånd afstanden på Zn3n2 er i den nær-infrarøde (1,25 EV)11. For at udforske de fysiske egenskaber af disse materialer og deres potentiale for elektroniske og optiske enheder applikationer, er det afgørende at opnå høj kvalitet, enkelt krystal film. Det meste arbejde med disse materialer til dato er blevet udført på pulvere eller polykrystallinske film fremstillet af reaktive spruttende12,13,14,15,16, 17.
Molecular Beam cellen (MBE) er en veludviklet og alsidig metode til dyrkning af Single-Crystal sammensatte halvleder film18 , der har potentiale til at give materialer af høj kvalitet ved hjælp af et rent miljø og høj renhed elementært kilder. I mellemtiden, MBE hurtigudløser handling muliggør ændringer i en film på atomlag skala og giver mulighed for præcis tykkelse kontrol. Dette papir rapporterer om væksten af mg3n2 og Zn3n2 epitaksiale film på MgO substrater af plasma-assisteret MBE, ved hjælp af høj renhed Zn og mg som dampkilder og N2 gas som nitrogen kilde.

<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

I denne artikel beskrives en procedure for dyrkning af mg3n2 -og Zn3n2 -film ved hjælp af plasma-assisteret molekyl stråle cellen (MBE). Filmene dyrkes på 100-orienterede MgO-substrater med N2 -gas som nitrogen kilde. Metoden til klargøring af substrater og MBE-vækstprocessen beskrives. Den retning og krystallinske orden af substrat og film overflade overvåges af refleksion høj energi elektron diffraktion (RHEED) før og under vækst. Prøve fladens spekulære reflektivitet måles under vækst med en AR-ion-laser med en bølgelængde på 488 nm. Ved at tilpasse tids afhængigheden af reflektivitet til en matematisk model bestemmes brydningsindekset, den optiske ekstinktionskoefficient og filmens væksthastighed. Metal flusmidler måles uafhængigt som en funktion af effusion celle temperaturerne ved hjælp af en kvarts krystal Monitor. Typiske vækstrater er 0,028 nm/s ved vækst temperaturer på 150 °C og 330 °C for henholdsvis mg3n2 og Zn3n2 film.

Det sorte objekt i justerings i figur 5b er et fotografi af en as-Grown 200 Nm Zn3N2 tynd film. På samme måde er det gule objekt i justerings i figur 5c en as-Grown 220 nm mg3N2 tynd film. Den gule film er gennemsigtig i det omfang, at det er let at læse tekst placeret bag filmen10.
Overfladen af sub...

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

I denne artikel beskrives væksten af epitaksiale film af mg3n2 og Zn3n2 på MgO-substrater ved hjælp af plasma-assisteret molekyle stråle cellen med N2 -gas som nitrogen kilde og optisk vækst overvågning.

Plasma-assisteret molekyl stråle Epitaxy-vækst på mg3n2 og Zn3n2 tynde film

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 ...

I denne video viser vi, hvordan man dyrker epitaxial film af magnesiumnitrid og zinknittrit af plasma-assisteret molekylær stråle epitaxy, eller MBE for korte. Magnesiumnittrit og zinknittrit er II-V sammensatte halvledermaterialer. Dette er en relativt uudforsket klasse af halvledere.De har anti-bixbyit krystal struktur, som har 80 atomer i den konventionelle terning enhed celle. Filmene dyrkes i et VG V80 MBE-system. Det vandrette kammer til venstre er forberedelseskammeret, og det runde kammer til højre er vækstkammeret, hvor filmens vækst finder sted.Prøvelåsen, der er placeret i venstre ende af forberedelseskammeret. Det bedste substrat, som vi har fundet til dyrkning af epitaxial magnesiumnitryt og zinknitrid er 100-orienterede enkelt krystal magnesiumoxid. Den ene centimeter firkantede substrater er først placeret på en safir wafer prøve luftfartsselskab med poleret side op og udglødet i ni timer ved 1, 000 grader C.High temperatur glødning fjerner kulstof fra overfladen og rekonstruerer overfladen krystal struktur magnesiumoxid enkelt krystal substrater.Efter udglødning skylles prøverne i deioniseret vand, koges i acetone i 30 minutter for at fjerne enhver organisk kulstofforurening fra håndtering, så skylles de igen i methanol og blæses tør med nitrogen. Det første skridt i MBE vækst er at tænde kølevandet for fusion celler og kryo-ligklæde i vækstkammeret. Så tænder vi for vækstovervågningslaseren, RHEED-strømforsyningen, RF-plasmageneratorens strømforsyning og kvarts krystalmikrobalancesystemet.Magnesiumoxid substrater er monteret på tre-tommer diameter molybdæn prøve indehavere med wolfram foråret klip. Det første skridt i lastning prøverne i MBE er at slukke turbopumpen og udlufte den hurtige indgang lås. Prøveholderkassetten fjernes fra den hurtige indgangslås, og en ny prøve læsses ind i kassetten, og kassetten sættes tilbage i den hurtige indgangslås.Turbopumpen bruges til at evakuere den hurtige indgangslås. Så vi plejer at afgasse underlaget i den hurtige indgangslås ved 100 grader, Celsius grad, i 30 minutter. Og så overføre det til forberedelse kammer til afgasning på 400 Celsius grad i fem timer.Afgasprøveholderen overføres ved hjælp af en vognmekanisme til vækstkammeret, hvor den læsses i prøvemanipulatoren. Prøven er ud-gasset i manipulator ved 750 grader C i 30 minutter. Sørg for, at kølevandet er tændt i kryoklædet for at undgå overophedning.I tilfælde af magnesiumnitridning, er temperaturen af substratet ramped ned til 330 grader. Vækstkammertrykket skal nu være under 10 til minus otte Torr. Spændingen på refleksion høj energi elektron diffraktion pistol, eller RHEED for korte, er langsomt steget til 15 kilovolts og glødetråden varmelegeme strøm er indstillet til halvanden ampere.Underlaget holderen roteres, indtil elektrondiffraktionsmønsteret viser tilpasning til substratets krystalgrafiske akse, og et klart enkeltkrystallektrotraraktionsmønster er synligt. Standardgruppe tre type diffusionsceller eller lavtemperaturdiffusionsceller anvendes til magnesium og zink. Digelerne var fyldt med henholdsvis 15 gram og 25 gram magnesium- og zinkskud med høj renhed.Zink og magnesium kilde fusion celler er ud-gasset ved 250 grader i en time med deres skodder lukket. Normalt sker dette, før du lægger underlaget i manipulatoren. Når underlaget er indlæst, opvarmer vi zinkfusionscellen op til 350 grader C og magnesiumcellen til 390 grader C.Fusionscellerne får lov til at stabilisere sig i 10 minutter ved deres driftstemperaturer, før skodderne åbnes.Den optrækkelige kvartskrystal monitor er placeret foran underlaget inde i kammeret. Sørg for, at underlaget er fuldt dækket af detektoren, så der ikke deponeres metal på underlaget. Tilfør metallets tæthed i kvartskrystalmonatoren, så controlleren kan aflæse tykkelsen af det deponerede metal på kvartskrystalsensoren.For at kalibrere fluxen åbner vi lukkeren på en af metalkilderne og lader metalfug fra en af infusionscellen deponere på sensoren. Tykkelsen målt af controlleren vil stige lineært med tiden, da metallet hober sig op på sensoren. Ved at montere en lige linje til tykkelsen som en funktion af tiden opnår vi en nøjagtig måling af metalfugen.Når fluxmålingerne er afsluttet, lukkes skodderne på infusionscellerne, og kvartskrystalmonitordetektoren trækkes tilbage fra forsiden af prøveholderen. Denne graf viser temperaturen afhængighed af en flux, at metalkilden måles med en kvarts krystal skærm. De lige linjer er fastgjort til en Arrhenius-relation.Fluxen fordobles ca. for hver 12 graders stigning i kildetemperaturen. Sluk for glødetråden og højspændingen på RHEED-pistolen for at forhindre beskadigelse af glødetråden i nærvær af et højt nitrogengastryk i vækstkammeret. Det næste skridt er at starte nitrogenplasma kilde.Åbn en gasventil på højtrykscylinderen, og åbn derefter langsomt lækageventilen, indtil nitrogentrykket i vækstkammeret når tre til fire gange 10 til minus fem Torr. Indstil derefter strømmen på 13,56 MHz RF-strømforsyningen til 300 watt. Plasmaet startes med en tændsats på plasmakilden.Når plasmaet er startet, er en lys lilla glød synlig fra visningsporten på bagsiden af plasmakilden. Juster styringen på radiofrekvensmatchningsboksen for at minimere den reflekterende effekt mest muligt. En reflekteret effekt på mindre end 15 watt er god.Fokuser det hakkede 488 nanometerbølgelængde argon laserlys reflekteret fra substratet i vækstkammeret på silikonefotodioden, så et elektrisk signal kan detekteres af låseforstærkeren. Dette opnås ved at justere vinklen på underlaget ved at dreje underlagets holder omkring to akser og ved at justere placeringen af silikonedetektoren og fokuseringslinsen, der opsamler det reflekterede lys som vist på dette billede. En laser linje filter bruges til at blokere alle de lys, bortset fra 488 nanometer lys fra argon laser.Fotodiodeudgangen måles med en lock-in forstærker, og denne single er proportional med refleksionsevnen af substratets overflade. Åbn lukkeren for en af metalkilderne. Registrere den tidsafhængige refleksionsevne med en computerstyret datalogger.Væksten af en epitaxial film vil producere en oscillerende reflekteret signal forbundet med tynd-film optisk interferens mellem forsiden og bagsiden af filmen. Når magnesiumnittritfilmene først tages ud af MBE, er de gule, men falmer hurtigt til en hvidlig farve. For at beskytte filmen mod oxidation og luft anbefales det, at et indkapslingslag af magnesiumoxid aflejres på toppen, før filmen tages ud af vækstkammeret for at beskytte filmen mod oxidation, når den udsættes for luft.Dette er især vigtigt for magnesiumnitrid og mindre kritisk for zinknitrilt. For at deponere en magnesiumoxid indkapsling lag, lukke nitrogen gas og skifte til ilt gas og øge trykket af ilt til 10 til minus fem Torr. Under væksten af capping lag, reducerer vi RF magt til 250 watt.Plasmaet starter ved en lavere RF-effekt med ilt end med nitrogen. Når iltplasmaet kører, skal du åbne lukkeren på magnesiumkilden og overvåge den tidsafhængige refleksionsevne i 10 minutter. Dette vil producere en magnesiumoxid film, der er omkring 10 nanometer tyk.En optisk reflektivitet af prøverne kan modelleres med denne ligning. n2 er indekset for brydning af magnesiumoxidsubstratet ved 488 nanometer, hvilket svarer til 1,75. Theta intet er vinklen på hændelsen måles med hensyn til substratet normal.Og t er tid i vækstprocessen. Filmens, n1 og k1's optiske konstanter og vækstraten opnås ved at tilpasse reflektiviteten som en funktion af tid med ligningen. Den gule firkant er et eksempel på magnesiumnitt film udjævnet med magnesiumoxid og den sorte firkant er en zink nitrit film.Magnesiumnittrit er gult, fordi det har et bånd hul i det synlige, mens zinknitrilt er sort, fordi det er bånd hul er den infrarøde. Billedet til venstre er RHEED elektron diffraktion mønster for en bar magnesiumoxid substrat med elektronstrålen justeret parallelt med 110 retning. Det midterste billede er diffraktion mønster fra en zink nitrit film og billedet til højre er fra en magnesium nitrit film.Disse resultater viser, at krystalstrukturerne i de deponerede film er orienteret i substratets plan, som vi ville forvente for epitaxiale film. Dette viser, hvad der sker med elektrondiffraktionsmønsteret, når du roterer det nøgne magnesiumoxidunderlag i prøvemanipulatoren. Denne graf viser den optiske refleksionsevne som en funktion af tid under væksten af zinknittrit og magnesiumnittritfilm.Ved at tilpasse reflektivitet som en funktion af tid til den optiske model, kan du udtrække indekset for brydning, n, udryddelseskoefficienten, k, og vækstraten, g, for filmene. Reflektiviteten falder med tiden i tilfælde af magnesiumnitridningsfilm på grund af overfladeskrenspældning, som vi modelleret matematisk af en dæmpet eksponentiel. I denne video har vi vist dig, hvordan du dyrker epitaxial magnesium og zinknittritfilm af plasmaassisteret molekylær stråleepitel.Et af vores resultater er, at måling af den optiske refleksionsevne af prøverne, mens de vokser, er en god måde at bestemme både vækstraten og de optiske konstanter af filmen. Desværre viste vores materiale ikke fotoluminescens, hverken ved stuetemperatur eller ved lav temperatur, så der er behov for at foretage yderligere forbedringer i filmkvaliteten. Eksperimenter i vores laboratorium på pulverprøver giver et fingerpeg om, hvordan dette kan gøres.Zinknitridpulver ved at reagere zink med ammoniak ved høj temperatur viser stærk fotoluminescens. Dette tyder på, at bruge ammoniak i stedet for kvælstof gas som kvælstof kilde kan være en måde at gøre materiale med forbedrede elektroniske egenskaber.

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

Molekylær Beam massespektrometri Med Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) synkrotronstråling

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

Artsdannelse og biotilgængelighed Målinger af Environmental Plutonium Brug Diffusion i Thin Films

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

Plasma-assisteret Molecular Beam Epitaxy af N-polar InAlN-barriere High-elektron-mobilitet Transistorer

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

In Situ Overvågning af accelereret ydeevne nedbrydning af solceller og moduler: en Case Study for Cu (i, Ga) Se2 solceller

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

Fokuseret Ion Beam fabrikation af LiPON-baseret Solid-state Lithium-ion Nanobatteries til In Situ test

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

Fabrikation af ultra-tynde farve film med meget absorberende medier bruger skråt Deposition

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

Film kontrol til at undersøge bidrag af bølger til Droplet indvirkning Dynamics på tyndt flydende flydende film

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

Fabrikation af Schottky Dioder på Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure vokset med Plasma-assisteret molekylære Beam Epitaxy

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

Demonstration af lige-Intensitets stråle generering ved dielektriske Metasurfaces

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

Procedure for overførsel af polymer film på porøse substrater med minimerede defekter

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