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 arbeidet ble støttet av Natural Sciences og engineering Research Council of Canada.

1. MgO substrat forberedelse
Merk: kommersiell en-side Epi-polert (100) orientert enkelt krystall MgO kvadrat underlag (1 cm x 1 cm) var ansatt for X3N2 (x = Zn og mg) tynn film vekst.
<ol><li>Annealing for høy temperatur<ol>
<li>Plasser MgO på en ren safir wafer prøve transportør med polert side vendt oppover i en ovn og anneal for 9 h ved 1 000 ° c. Hev temperaturen til 1000 ° c over en 10 minutters periode. Merk: høy temperatur annealing fjerner ...

<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 rekke betraktninger er involvert i valg av underlag og etablere vekstforhold som optimaliserer de strukturelle og elektroniske egenskaper av filmene. MgO-underlaget varmes opp ved høy temperatur i luften (1000 ° c) for å fjerne karbon forurensning fra overflaten og forbedre den krystallklare orden i underlaget overflaten. Ultralydrengjøring i aceton er en god alternativ metode for å rengjøre MgO underlag.
Den (400) X-ray Diffraksjon Peak for Zn3N2 Films ble funne...

The II3-v2 materialer er en klasse av halvledere som har fått relativt lite oppmerksomhet fra halvledere forskningsmiljøet i forhold til III-V og II-vi halvledere1. Mg og Zn nitrider, mg3N2 og Zn3n2, er attraktiv for forbrukerapplikasjoner fordi de er sammensatt av rikelig og ikke-giftige elementer, noe som gjør dem billig og enkel å resirkulere i MOTSETNING til de fleste III-V og II-vi sammensatte halvledere. De viser en anti-bixbyite krystallstruktur som ligner på CaF2 -strukturen, med en av interpenetrating FCC F-sublattices er halvt okkupert2,3,4,5. De er både direkte band gap materialer6, noe som gjør dem egnet for optiske applikasjoner7,8,9. Bandet gapet på mg3N2 er i det synlige spekteret (2,5 EV)10, og bandet gapet Zn3N2 er i nær-infrarød (1,25 EV)11. For å utforske de fysiske egenskapene til disse materialene og deres potensial for elektronisk og optisk enhet programmer, er det avgjørende å få høy kvalitet, Single Crystal filmer. Mest arbeid på disse materialene hittil har blitt utført på pulver eller polykrystallinsk filmer laget av reaktiv sputtering12,13, 14,15,16, 17av dem.
Molecular Beam epitaxy (MBE) er en godt utviklet og allsidig metode for dyrking av single-krystall sammensatte halvleder filmer18 som har potensial til å gi høy kvalitet på materialer ved hjelp av et rent miljø og høy renhet elementær kilder. I mellomtiden, MBE rask lukker handlingen gjør endringer i en film på Atomic lag skala og gir mulighet for presis tykkelse kontroll. Dette papiret rapporter om veksten av mg3n2 og Zn3N2 epitaxial filmer på MGO underlag av plasma-assistert MBE, ved hjelp av høy renhet Zn og mg som damp kilder og N2 gass 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

Denne artikkelen beskriver en prosedyre for dyrking av mg3n2 og Zn3n2 filmer av plasma-assistert Molecular Beam epitaxy (MBE). Filmene dyrkes på 100 orientert MgO underlag med N2 gass som nitrogen kilde. Metoden for utarbeidelse av underlag og MBE vekstprosessen er beskrevet. Orientering og krystallinsk rekkefølge av underlaget og film overflaten overvåkes av refleksjon høy energi elektron Diffraksjon (RHEED) før og under vekst. Speilende utheving Reflektivitet i prøveoverflaten måles under vekst med en AR-ion-laser med en bølgelengde på 488 NM. Ved å tilpasse tiden avhengigheten av Reflektivitet til en matematisk modell, er brytningsindeks, optiske utryddelse koeffisient, og vekstrate av filmen bestemmes. Metall flukser måles uavhengig som en funksjon av effusjon celle temperaturer ved hjelp av en kvartskrystall skjerm. Typiske vekstrater er 0,028 NM/s ved vekst temperaturer på 150 ° c og 330 ° c for mg3n2 og Zn3n2 filmer, henholdsvis.

Det svarte objektet i innfelt i figur 5B er et fotografi av en som vokst 200 NM Zn3N2 Thin Film. På samme måte er det gule objektet i innfelt i figur 5c en som vokst 220 NM mg3N2 Thin Film. Den gule filmen er transparent i den grad at det er lett å lese tekst plassert bak filmen10.
Overflaten av unde...

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

Denne artikkelen beskriver veksten av epitaxial filmer av mg3n2 og Zn3N2 på MGO underlag av plasma-assistert molekylær stråle epitaxy med N2 gass som nitrogen kilde og optisk vekst overvåking.

Plasma-assistert molekylær stråle Epitaxy vekst av mg3n2 og Zn3n2 tynne filmer

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 videoen viser vi hvordan vi kan vokse epitaxial filmer av magnesiumnitritt og sinknitritt av plasmaassistert molekylær stråle epitaxy, eller MBE for kort. Magnesiumnitritt og sinknitritt er II-V sammensatte halvledermaterialer. Dette er en relativt uutforsket klasse av halvledere.De har anti-bixbyite krystall struktur, som har 80 atomer i den konvensjonelle kube enhet celle. Filmene er dyrket i et VG V80 MBE-system. Det horisontale kammeret til venstre er forberedelseskammeret og det runde kammeret til høyre er vekstkammeret der filmveksten finner sted.Prøven inngang lås, som ligger på venstre ende av forberedelseskammeret. Det beste substratet som vi har funnet for å dyrke epitaxial magnesiumnitritt og sinknitritt er 100-orientert enkelt krystall magnesiumoksid. De en centimeter firkantede substrater er først plassert på en safir wafer prøvebærer med polert side opp og glødet i ni timer på 1000 grader C.Høy temperatur annealing fjerner karbonet fra overflaten og rekonstruerer overflaten krystallstrukturen av magnesiumoksid enkelt krystall underlag.Etter annealing skylles prøvene i deionisert vann, kokes i aceton i 30 minutter for å fjerne organisk karbonforurensning fra håndtering, så skylles de igjen i metanol og blåses tørt med nitrogen. Det første trinnet i MBE-veksten er å slå på kjølevannet for fusjonscellene og kryo-dekselet i vekstkammeret. Deretter slår vi på vekstovervåkingslaseren, RHEED-strømforsyningen, RF plasmageneratorens strømforsyning og kvartskrystallmikrobalansesystemet.Magnesiumoksid underlag er montert på tre-tommers diameter molybden prøveholdere med wolfram fjærklipp. Det første trinnet i å laste prøvene inn i MBE er å slå av turbopumpen og lufte den raske inngangslåsen. Prøveholderkassetten fjernes fra den raske inngangslåsen og en ny prøve som er lagt i kassetten, og kassetten settes tilbake i den raske inngangslåsen.Turbopumpen brukes til å evakuere den raske inngangslåsen. Så vi avgasser vanligvis underlaget i den raske inngangslåsen ved 100 grader, Celsius-grad, i 30 minutter. Og så, overføre den til forberedelseskammeret for avgassing ved 400 Celsius grad i fem timer.Avgassprøveholderen overføres av en trallemekanisme inn i vekstkammeret der den lastes inn i prøvemanipulatoren. Prøven er utgasset i manipulatoren ved 750 grader C i 30 minutter. Pass på at kjølevannet er slått på i kryosdekselet for å unngå overoppheting.Ved magnesiumnitrittvekst økes temperaturen i underlaget ned til 330 grader. Vekstkammertrykket skal nå være under 10 til minus åtte Torr. Spenningen på refleksjon høy energi elektron diffraksjon pistol, eller RHEED for kort, er sakte økt til 15 kilovolts og filament varmeapparat strømmen er satt på en og en halv ampere.Substratholderen roteres til elektrondiffraksjonsmønsteret viser justering med prinsippet krystall grafisk akse av substratet og en klar single-crystal elektron diffraksjon mønster er synlig. Standardgruppe tre type diffusjonsceller eller lavtemperaturdiffusjonsceller brukes til magnesium og sink. Smeltediglene ble lastet med henholdsvis 15 gram og 25 gram magnesium og sinkskudd med høy renhet.Sink- og magnesiumkildefusjonscellene er utgasset ved 250 grader i en time med skodder lukket. Normalt gjøres dette før du laster underlaget i manipulatoren. Etter at underlaget er lastet, varmer vi sinkfusjonscellen opp til 350 grader C og magnesiumcellen til 390 grader C.Fusjonscellene får lov til å stabilisere seg i 10 minutter ved driftstemperaturene før de åpner skodder.Den uttrekkbare kvartskrystallmonitoren er plassert foran underlaget inne i kammeret. Pass på at underlaget er fullstendig dekket av detektoren, slik at det ikke er avsekom av metall på underlaget. Sett inn metallets tetthet i kvartskrystalloverflaten, slik at kontrolleren kan lese ut tykkelsen på det avseponerte metallet på kvartskrystallsensoren.For å kalibrere fluksen åpner vi lukkeren på en av metallkildene og lar metallfleksen fra en av infusjonscellene avsette på sensoren. Tykkelsen målt av kontrolleren vil øke lineært med tiden som metallet bygger seg opp på sensoren. Ved å montere en rett linje til tykkelsen som en funksjon av tid, får vi en nøyaktig måling av metallfluksen.Når fluksmålingene er fullført, lukker du skodder på infusjonscellene og trekker kvartskrystallmonitordetektoren tilbake fra forsiden av prøveholderen. Denne grafen viser temperaturavhengigheten til en fluks som metallkilden måles med en kvartskrystallskjerm. De rette linjene er festet til en Arrhenius-relasjon.Fluksen dobles omtrent for hver 12 graders økning i kildetemperaturen. Slå av filamentstrømmen og høyspenningen på RHEED-pistolen for å forhindre skade på filamentet i nærvær av et høyt nitrogengasstrykk i vekstkammeret. Det neste trinnet er å starte nitrogenplasmakilden.Åpne en gassventil på høytrykksflasken, og åpne deretter lekkasjeventilen sakte til nitrogentrykket i vekstkammeret når tre til fire ganger 10 til minus fem Torr. Sett deretter strømmen på 13,56 MHz RF-strømforsyningen til 300 watt. Plasmaet startes med en tenner på plasmakilden.Når plasmaet har startet, er en lys lilla glød synlig fra visningsporten på baksiden av plasmakilden. Juster kontrollen på radiofrekvenstilpasningsboksen for å minimere reflekterende effekt så mye som mulig. En reflektert effekt på mindre enn 15 watt er bra.Fokuser det hakkede 488 nanometer bølgelengden argon laserlyset reflektert fra underlaget i vekstkammeret på silikonfotodioden, slik at et elektrisk signal kan oppdages av låseforsterkeren. Dette oppnås ved å justere vinkelen på underlaget ved å rotere underlaget rundt to akser og ved å justere plasseringen av silikondetektoren og fokuslinsen som samler det reflekterte lyset som vist på dette bildet. Et laserlinjefilter brukes til å blokkere alt lyset, bortsett fra 488 nanometerlyset fra argonlaseren.Fotodiodeutgangen måles med en innlåst forsterker, og denne enkelten er proporsjonal med reflektiviteten til underlagets overflate. Åpne lukkeren til en av metallkildene. Registrer tidsavhengig reflektivitet med en datastyrt datalogger.Veksten av en epitaxial film vil produsere et oscillatory reflektert signal forbundet med tynnfilm optisk interferens mellom forsiden og baksiden av filmen. Når magnesiumnitrittfilmene først tas ut av MBE, er de gule, men forsvinner raskt til en hvitaktig farge. For å beskytte filmene mot oksidasjon og luft, anbefales det at et innkapslingslag av magnesiumoksid deponeres på toppen før du tar filmen ut av vekstkammeret for å beskytte filmen mot oksidasjon når den utsettes for luft.Dette er spesielt viktig for magnesiumnitritt og mindre kritisk for sinknitritt. For å deponere et magnesiumoksid innkapslingslag, lukk nitrogengassen og bytt til oksygengass og øk trykket på oksygenet til 10 til minus fem Torr. Under veksten av capping laget, reduserer vi RF-kraften til 250 watt.Plasmaet starter med en lavere RF-effekt med oksygen enn med nitrogen. Når oksygenplasmaet er i gang, åpner du lukkeren på magnesiumkilden og overvåker den tidsavhengige reflektiviteten i 10 minutter. Dette vil produsere en magnesiumoksid film som er ca 10 nanometer tykk.En optisk reflektivitet av prøvene kan modelleres med denne ligningen. n2 er indeksen for brytning av magnesiumoksidsubstratet ved 488 nanometer, som tilsvarer 1,75. Theta naught er vinkelen på hendelsen som måles med hensyn til underlaget normalt.Og t er tid under vekstprosessen. De optiske konstantene i filmen, n1 og k1, og veksthastigheten oppnås ved å montere reflektiviteten som en funksjon av tid med ligningen. Den gule firkanten er et eksempel på magnesiumnitrittfilmen avkortet med magnesiumoksid, og den svarte firkanten er en sinknitrittfilm.Magnesiumnitrittet er gult fordi det har et båndgap i det synlige, mens sinknitrittet er svart fordi det er båndgapet er infrarødt. Bildet til venstre er RHEED elektrondiffraksjonsmønster for et bart magnesiumoksidsubstrat med elektronstrålen justert parallelt med 110-retningen. Det midterste bildet er diffraksjonsmønsteret fra en sinknitrittfilm, og bildet til høyre er fra en magnesiumnitrittfilm.Disse resultatene viser at krystallstrukturene til de deponerte filmene er orientert i underlagets plan som vi forventer for epitaxial filmer. Dette viser hva som skjer med elektrondiffraksjonsmønsteret når du roterer det nakne magnesiumoksidsubstratet i prøvemanipulatoren. Denne grafen viser den optiske reflektiviteten som en funksjon av tid under veksten av sinknitritt og magnesiumnitrittfilmer.Ved å montere reflektiviteten som en funksjon av tid til den optiske modellen, kan du trekke ut indeksen for brytning, n, utryddelseskoeffisienten, k, og veksthastigheten, g, for filmene. Reflektiviteten faller med tiden i tilfelle av magnesiumnitrittfilmene på grunn av overflateovervvelhetssplitting, som vi modellerte matematisk av en dempet eksponentiell. I denne videoen har vi vist deg hvordan du kan vokse epitaxial magnesium og sinknitritt filmer av plasmaassistert molekylær stråle epitaxy.Et av våre resultater er at måling av den optiske reflektiviteten til prøvene mens de vokser er en god måte å bestemme både veksthastigheten og filmens optiske konstanter på. Dessverre viste vårt materiale ikke fotoluminescens, verken ved romtemperatur eller ved lav temperatur, så det er behov for å gjøre ytterligere forbedringer i filmkvaliteten. Eksperimenter i laboratoriet vårt på pulverprøver gir et hint om hvordan dette kan gjøres.Sinknitrittpulver laget ved å reagere sink med ammoniakk ved høy temperatur viser sterk fotoluminescens. Dette tyder på at bruk av ammoniakk i stedet for nitrogengass som nitrogenkilde kan være en måte å lage materiale med forbedrede elektroniske egenskaper.

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 Ultrafiolett (VUV) Synchrotron Radiation

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 biotilgjengelighet Målinger av Miljø Plutonium Bruke 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-assistert Molecular Beam Epitaxy av N-polar InAlN-barriere Høy 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 Overvåking av akselerert ytelse degradering av solceller og moduler: en Case studie 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

Fokusert Ion strålen fabrikasjon av LiPON-baserte SSD litium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

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

Fabrikasjon av ultra tynn farge filmer med svært absorberende Media med skrå vinkel avsetning

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

Filmen kontroll å studere bidrag av bølger til slippverktøy Impact Dynamics tynn flytende væske filmer

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

Fabrikasjon av Schottky dioder på Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure vokst med Plasma-assistert krystallets strålen 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

Demonstrasjon av like-intensitet Beam Generation av dielektrisk 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

Prosedyre for overføring av polymer filmer på porøse underlag med minimerte defekter

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