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

עבודה זו נתמכה על ידי מדעי הטבע והמועצה לחקר ההנדסה של קנדה.

1. MgO הכנה מצע
הערה: מסחרי חד צדדי אפינפרין-מלוטש (100) מונחה גביש יחיד מרובע מצעים מרובעים (1 ס מ x 1 ס מ) היו מועסקים עבור X3N2 (x = Zn ו-Mg) סרט דק הצמיחה.
<ol><li>חום בטמפרטורה גבוהה<ol>
<li>מניחים את MgO על מנשא נקי ספיר וופל עם הצד מלוטש פונה כלפי מעלה על הכבשן ולאחר 9 h ב 1,000 ° c. העלה ...

<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>

מגוון שיקולים מעורב בבחירת מצעים והקמת תנאי הצמיחה הממטב את התכונות המבבניות והאלקטרוניות של הסרטים. מצעים MgO מחוממים בטמפרטורה גבוהה באוויר (1000 ° c) כדי להסיר את זיהום הפחמן מפני השטח ולשפר את הסדר הגבישי במשטח המצע. ניקוי אולטרה סאונד ב אצטון היא שיטה חלופית טובה כדי לנקות את מצעים MgO.
<p ...

II3-V2 חומרים הם מחלקה של מוליכים למחצה שקיבלו תשומת לב יחסית מן הקהילה מחקר מוליך למחצה לעומת III-V ו-II-VI מוליכים למחצה1. Mg ו Zn nitrides, Mg3n2 ו-zn3N2, הם אטרקטיבי עבור יישומי הצרכן משום שהם מורכבים אלמנטים שונים ולא רעילים, מה שהופך אותם זול וקל למחזר בניגוד לרוב III-V ו-II-VI מוליכים למחצה מורכבים. הם מציגים מבנה אנטי-ביקסוניט בקריסטל דומה למבנה של קפה2 , עם אחד האנשים האחרים הנמצאים בשטח מאוכלס בחצי,3,4,5. הם שניהם הפער להקה ישירה חומרים6, מה שהופך אותם מתאימים יישומים אופטיים7,8,9. פער הלהקה של Mg3N2 הוא בספקטרום גלוי (2.5 eV)10, ואת הפער הלהקה של zn3N2 הוא בסמוך-אינפרא אדום (1.25 eV)11. כדי לחקור את המאפיינים הפיזיים של חומרים אלה ואת הפוטנציאל שלהם עבור יישומי המכשיר האלקטרוני והאופטי, זה קריטי כדי להשיג איכות גבוהה, סרטי קריסטל יחיד. רוב העבודה על חומרים אלה עד היום בוצעה על הסרטים אבקות או פוליגביניים שנעשו על ידי התזה תגובתי12,13,14,15,16, . שבע עשרה
מולקולרית הקרן (MBE) היא שיטה מפותחת ומגוונת עבור הצומח בודד קריסטל מתחם סרטים מוליכים למחצה18 כי יש פוטנציאל להניב חומרים באיכות גבוהה באמצעות סביבה נקייה מקורות היסודות טוהר גבוהה. בינתיים, MBE פעולה תריס מהירה מאפשר שינויים בסרט בסולם השכבות האטומי ומאפשר בקרת עובי מדויק. נייר זה מדווח על התפתחותם של Mg3n2 ו zn3n2 הסרט האפיציאני ב-mgo מצעים על ידי פלזמה, באמצעות הטוהר הגבוה zn ו-Mg כמו מקורות אדים ו-N2 גז כמו מקור החנקן.

<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

מאמר זה מתאר הליך לגידול Mg3n2 ו-zn3n2 סרטים על-ידי כאפיאקטיות בסיוע פלזמה של קרן מולקולרית (mbe). הסרטים גדלים על 100 מוכוונת MgO מצעים עם N2 גז כמו מקור החנקן. השיטה להכנת מצעים ותהליך הגדילה של MBE מתוארים. הכיוון ואת הסדר הגבישי של משטח המצע והסרט מנוטרים על ידי השתקפות אנרגיה גבוהה עקיפה של אלקטרון (RHEED) לפני ובמהלך הצמיחה. השתקפות השתקפות של משטח המדגם נמדדת במהלך הצמיחה עם לייזר Ar-ion עם אורך גל של 488 ננומטר. על-ידי התאמת התלות הזמנית של ההשתקפות למודל מתמטי, נקבע המדד השבירה, מקדם ההכחדה האופטי וקצב הצמיחה של הסרט. פלופי המתכת נמדדים באופן עצמאי כפונקציה של הטמפרטורות בתאי האפיתוך באמצעות צג גביש קוורץ. שיעורי צמיחה אופייני הם 0.028 ננומטר/s בטמפרטורות הצמיחה של 150 ° צ' ו 330 ° צ' עבור Mg3n2 ו zn3n2 סרטים, בהתאמה.

האובייקט השחור בכניסה באיור 5B הוא תצלום של כמבוגר 200 ננומטר zn3N2 סרט דק. באופן דומה, האובייקט הצהוב בכניסה באיור 5C הוא כמו גדל 220 nm Mg3N2 סרט דק. הסרט הצהוב הוא שקוף במידה שהוא קל לקריאה טקסט הממוקם מאחורי הסרט10</...

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

מאמר זה מתאר את הצמיחה של הסרטים האפיציריים של Mg3n2 ו zn3N2 על mgo מצעים על ידי בסיוע פלזמה מולקולרי קרן הקורה עם N2 גז כמו מקור החנקן וניטור הצמיחה האופטית.

מולקולרית בסיוע מולקולרי הקרן הצמיחה הגידול של Mg3n2 ו Zn3n2 סרטים דקים

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 ...

בסרטון זה, אנו מראים כיצד לגדל סרטי epitaxial של מגנזיום ניטרט ואבץ ניטרט על ידי אפיטקסיה קרן מולקולרית בסיוע פלזמה, או MBE בקיצור. מגנזיום ניטריס ואבץ ניטריס הם חומרים מוליכים למחצה מורכבים II-V. זהו סוג יחסית לא נחקר של מוליכים למחצה.יש להם את מבנה הגביש האנטי-ביקסבייט, שיש לו 80 אטומים בתא יחידת הקובייה הקונבנציונלית. הסרטים גדלים במערכת VG V80 MBE. התא האופקי משמאל הוא תא ההכנה והתא העגול מימין הוא תא הצמיחה שבו מתרחשת צמיחת הסרט.מנעול הכניסה לדוגמה, הממוקם בקצה השמאלי של תא ההכנה. המצע הטוב ביותר שמצאנו לגידול מגנזיום ניטרט ואבץ ניטרט הוא תחמוצת מגנזיום גביש יחיד 100 אוריינטציה. המצעים המרובעים בסנטימטר אחד ממוקמים תחילה על מנשא מדגם רקיק ספיר עם צד מלוטש למעלה ו annealed במשך תשע שעות ב 1, 000 מעלות צלזיוס.לאחר חישול, הדגימות שטוף במים deionized, מבושל אצטון במשך 30 דקות כדי להסיר כל זיהום פחמן אורגני מטיפול, אז הם שטפו שוב מתנול מפוצץ יבש עם חנקן. הצעד הראשון בצמיחת MBE הוא להפעיל את מי הקירור לתאי ההיתוך ואת תכריכי ההקפאה בתא הצמיחה. לאחר מכן אנו מפעילים את לייזר ניטור הצמיחה, ספק הכוח RHEED, ספק הכוח גנרטור פלזמה RF, ואת מערכת איזון מיקרו גביש קוורץ.מצעי תחמוצת מגנזיום מותקנים על מחזיקי דגימת מוליבדן בקוטר 3 אינץ' עם קליפי קפיץ טונגסטן. הצעד הראשון בטעינת הדגימות לתוך MBE הוא לכבות את משאבת הטורבו ולפתוח את מנעול הכניסה המהיר. קלטת מחזיק הדגימה מוסרת ממנעול הכניסה המהירה ודגימה חדשה נטענת לתוך הקלטת והקלטת חוזרת למנעול הכניסה המהיר.משאבת הטורבו משמשת לפינוי מנעול הכניסה המהיר. אז אנחנו בדרך כלל לבטל גז המצע בנעילת הכניסה המהירה ב 100 מעלות, מעלות צלזיוס, במשך 30 דקות. ואז, להעביר אותו לתא הכנה להמתת גזים ב400 מעלות צלזיוס במשך חמש שעות.מחזיק דגימת דה גז מועבר על ידי מנגנון עגלה לתא הצמיחה שבו הוא נטען לתוך מניפולטור המדגם. הדגימה היא גזים במניפולטור ב 750 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. ודא כי מי הקירור מופעלים בתכריכי ההקפאה כדי למנוע התחממות יתר.במקרה של צמיחת מגנזיום ניטרית, הטמפרטורה של המצע הוא ramped עד 330 מעלות. לחץ תא הצמיחה צריך להיות עכשיו מתחת ל-10 למינוס שמונה טור. המתח על אקדח דיפרמנטציה אלקטרונים אנרגיה גבוהה השתקפות, או RHEED בקיצור, הוא גדל לאט ל 15 קילו-וולט ואת זרם תנור תריס מוגדר על אחד וחצי אמפר.מחזיק המצע מסתובב עד שתבנית דיפוזיה אלקטרונים מראה יישור עם הציר הגרפי הגבישי העיקרי של המצע ותבנית ברורה של דיפוזיה אלקטרונים של גביש יחיד גלויה. קבוצה סטנדרטית שלושה סוגים של תאים דיפוזיה או תאים פיזור בטמפרטורה נמוכה משמשים מגנזיום ואבץ. כור ההיתוך היה טעון עם 15 גרם ו 25 גרם של מגנזיום טוהר גבוה זריקת אבץ, בהתאמה.תאי ההיתוך של האבץ והמגנזיום מתכלים ב-250 מעלות למשך שעה כשהתריסים שלהם סגורים. בדרך כלל זה נעשה לפני טעינת המצע לתוך המניפולטור. לאחר שהמצע נטען, אנו מחממים את תא היתוך האבץ עד 350 מעלות צלזיוס ואת תא המגנזיום ל-390 מעלות צלזיוס תאי ההיתוך מורשים להתייצב במשך 10 דקות בטמפרטורות הפעולה שלהם לפני פתיחת התריסים.צג גביש הקוורץ הנשלף ממוקם מול המצע בתוך התא. ודא כי המצע מכוסה במלואו על ידי הגלאי, כך שלא מופקדת מתכת על המצע. הזן את צפיפות המתכת לתוך בקר צג גביש הקוורץ, כך הבקר יכול לקרוא את עובי המתכת שהופקדה על חיישן גביש קוורץ.על מנת לכייל את השטף, אנו פותחים את התריס על אחד ממקורות המתכת ומאפשרים שטף המתכת מאחד מתא העירוי להפקיד על החיישן. העובי הנמדד על ידי הבקר יגדל באופן ליניארי עם הזמן ככל שהתכת תצטבר על החיישן. על ידי התאמת קו ישר לעובי כפונקציה של זמן, אנו מקבלים מדידה מדויקת של שטף המתכת.לאחר השלמת מדידות השטף, סגור את התריסים בתאי העירוי והתמשוך את גלאי צג הגביש הקוורץ מחזית מחזיק הדגימה. גרף זה מראה את תלות הטמפרטורה של שטף שמקור המתכת נמדד עם צג גביש קוורץ. הקווים הישרים קבועים ביחס Arrhenius.השטף מכפיל בערך את עצמו על כל עלייה של 12 מעלות בטמפרטורת המקור. לכבות את זרם נימה ואת המתח הגבוה על האקדח RHEED כדי למנוע נזק לסיור בנוכחות לחץ גז חנקן גבוה בתא הצמיחה. השלב הבא הוא להתחיל את מקור פלזמה חנקן.פתח שסתום גז על גליל בלחץ גבוה, ואז לאט לפתוח את שסתום הדליפה עד לחץ החנקן בתא הצמיחה מגיע שלוש עד ארבע פעמים 10 למינוס חמש טור. לאחר מכן הגדר את צריכת החשמל באספקת החשמל RF של 13.56 מגה-הרץ ל- 300 ואט. הפלזמה התחילה עם מצית על מקור הפלזמה.כאשר הפלזמה החלה, זוהר סגול בהיר נראה מנמל התצוגה בחלק האחורי של מקור הפלזמה. כוונן את הפקד בתיבה התואמת לתדר הרדיו כדי למזער ככל האפשר את העוצמה המחזורה. כוח משתקף של פחות מ 15 וואט הוא טוב.מקד את אור הלייזר הקצוץ באורך גל של 488 ננומטר המוחזר מהמצע בתא הצמיחה אל דיודה צילום הסיליקון, כך שניתן יהיה לזהות אות חשמלי על ידי מגבר הנעילה. זה מושג על ידי התאמת הזווית של המצע על ידי סיבוב מחזיק המצע סביב שני צירים ועל ידי התאמת המיקום של גלאי הסיליקון ועדשת התמקדות שאוספת את האור המוחזר כפי שמוצג בתמונה זו. מסנן קו לייזר משמש כדי לחסום את כל האור למעט אור 488 ננומטר מלייזר ארגון.פלט דיודה צילום נמדד עם מגבר נעילה וזה יחיד הוא פרופורציונלי המחזירותיות של פני השטח של המצע. פתח את התריס של אחד ממקורות המתכת. רשום את רפלקטיביות תלוית הזמן עם אוגר נתונים הנשלט על-ידי מחשב.צמיחתו של סרט אפיטקסיאלי תייצר אות משתקף נדנודה הקשור להפרעה אופטית של סרט דק בין המשטחים הקדמיים והגביים של הסרט. כאשר סרטי המגנזיום ניטריס נלקחים לראשונה מתוך MBE, הם צהובים, אבל במהירות לדעוך לצבע לבנ לבן. כדי להגן על הסרטים מפני חמצון ואוויר, מומלץ כי שכבת אנקפסולציה של תחמוצת מגנזיום יופקד על גבי לפני להוציא את הסרט מתוך תא הצמיחה כדי להגן על הסרט מפני חמצון כאשר הוא נחשף לאוויר.זה חשוב במיוחד עבור מגנזיום ניטירה ופחות קריטי עבור אבץ ניטריטי. על מנת להפקיד שכבת אנקפסולציה תחמוצת מגנזיום, לסגור את גז החנקן ולעבור לגז חמצן ולהגדיל את הלחץ של החמצן ל 10 למינוס חמש טור. במהלך הצמיחה של שכבת המכסה, אנו מפחיתים את כוח ה-RF ל-250 וואט.הפלזמה מתחילה בהפעלת RF נמוכה יותר עם חמצן מאשר עם חנקן. לאחר פלזמת החמצן פועל, לפתוח את התריס על מקור מגנזיום ולפקח על רפלקטיביות תלוית זמן במשך 10 דקות. זה יפיק סרט תחמוצת מגנזיום בעובי של כ -10 ננומטר.ניתן לדגמן רפלקטיביות אופטית של הדגימות באמצעות משוואה זו. n2 הוא מדד השבירה של מצע תחמוצת המגנזיום ב 488 ננומטר, אשר שווה 1.75. תטא נאט היא הזווית של האירוע הנמדד ביחס למצע הנורמלי.וזה הזמן במהלך תהליך הגדילה. הקבועים האופטיים של הסרט, n1 ו- k1, וקצב הצמיחה מתקבלים על ידי התאמת המחזירות כפונקציה של זמן עם המשוואה. הריבוע הצהוב הוא דוגמה לסרט מגנזיום ניטריס מכוסה תחמוצת מגנזיום והריבוע השחור הוא סרט אבץ ניטריס.המגנזיום ניטירה הוא צהוב כי יש לו פער הלהקה גלוי, בעוד אבץ ניטריס הוא שחור כי זה פער הלהקה הוא אינפרא אדום. התמונה משמאל היא תבנית דיפוזיה אלקטרונים RHEED עבור מצע תחמוצת מגנזיום חשוף עם קרן האלקטרונים מיושר במקביל לכיוון 110. התמונה האמצעית היא תבנית ההתרחקות מסרט אבץ ניטריט והתמונה מימין היא מתוך סרט מגנזיום ניטריס.תוצאות אלו מראות כי מבני הגביש של הסרטים שהופקדו מכוונים במישור המצע כפי שהיינו מצפים לסרטי אפיטקסיאליים. זה מראה מה קורה לתבנית דיפוזיה אלקטרונים כאשר אתה מסובב את מצע תחמוצת מגנזיום חשוף מניפולטור מדגם. גרף זה מציג את המחזירות האופטית כפונקציה של זמן במהלך הצמיחה של סרטי אבץ ניטירה ומגנזיום ניטארט.על ידי התאמת המחזירות כפונקציה של זמן למודל האופטי, אתה יכול לחלץ את האינדקס של שבירה, n, מקדם ההכחדה, k, ואת קצב הצמיחה, g, עבור הסרטים. המחזירות יורדת עם הזמן במקרה של סרטי מגנזיום ניטארט עקב פיזור חספוס פני השטח, אשר דגמנו מתמטית על ידי מעריכי מעומעם. בסרטון זה, הראינו לך כיצד לגדל מגנזיום אפיטקסי וסרטי ניטרט אבץ על ידי אפיטקסיה קרן מולקולרית בסיוע פלזמה.אחת התוצאות שלנו היא כי מדידת המחזירות האופטית של הדגימות בזמן שהם גדלים היא דרך טובה לקבוע הן את קצב הצמיחה ואת הקבועים האופטיים של הסרט. למרבה הצער, החומר שלנו לא הראה פוטולומינציה, לא בטמפרטורת החדר ולא בטמפרטורה נמוכה, ולכן יש צורך לבצע שיפורים נוספים באיכות הסרט. ניסויים במעבדה שלנו על דגימות אבקה מספקים רמז לאופן שבו זה יכול להיעשות.אבקות אבץ ניטרט שנעשו על ידי תגובה אבץ עם אמוניה בטמפרטורה גבוהה מראים פוטולומינציה חזקה. זה מרמז כי באמצעות אמוניה במקום גז חנקן כמקור החנקן עשוי להיות דרך להפוך חומר עם תכונות אלקטרוניות משופרות.

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

ספקטרומטריית מסת קרן מולקולרית עם קרינת אולטרה סגולה אבק מתכוונן (VUV) Synchrotron

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

מדידות התפצלות וזמינות ביולוגיות של הסביבה פלוטוניום שימוש דיפוזיה בThin 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

Beam Epitaxy המולקולרית בסיוע פלזמה של N-קוטבי InAlN-מחסום טרנזיסטורים-ניידות גבוהה-אלקטרון

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

בחיי עיר פיקוח על הפגיעה בביצועים מואצת של תאים סולריים מודולים: חקר מקרה של תאים סולריים2 Se Cu (ב, 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

יון ממוקדת קרן פבריקציה נוספת של Nanobatteries המבוסס על LiPON של מצב מוצק ליתיום בחיי עיר בדיקה

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

ייצור של סרטים צבע דקים עם מאוד קליטת מדיה באמצעות התצהיר זווית אלכסונית

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

סרט שליטה ללמוד תרומות של גלים Droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם דק

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

ייצור של דיודות Schottky על Heterostructure BeMgZnO/ZnO Zn-הקוטב גדלה פלזמה בסיוע קרן מולקולרית 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

הפגנה של יצירת קרן שוות-עוצמה על-ידי מטאספנים דיאלקטרי

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

נוהל העברת סרטים פולימריים אל מצעים נקבובי עם פגמים ממוזערים

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