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

Эта работа была поддержана Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады.

1. Препарат субстрата MgO
ПРИМЕЧАНИЕ: Коммерческие односторонней эпи-полированный (100) ориентированных одного кристалла MgO квадратных субстратов (1 см х 1 см) были использованы для X3N2 (X q n и Mg) тонкий рост пленки.
<ol><li>Высокая температура аннулирования<ol>
<li>Помести...

<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>

Разнообразие соображений связано с выбором субстратов и созданием условий роста, которые оптимизируют структурные и электронные свойства пленок. Субстраты MgO нагреваются при высокой температуре воздуха (1000 градусов по Цельсию) для удаления загрязнения углерода с поверхности и улучше...

Материалы II3-V2 представляют собой класс полупроводников, которым уделяется относительно мало внимания со стороны научно-исследовательского сообщества полупроводников по сравнению с III-V и II-VI полупроводниками1. Мг и N нитридов, Mg3N2 и N3N2, являются привлекательными для потребительских приложений, потому что они состоят из обильных и нетоксических элементов, что делает их недорогими и легко перерабатывать в отличие от большинства III-V и II-VI составных полупроводников. Они отображают анти-биксбит кристаллструктуры похож на caF2 структуры, с одним из взаимопроникающих fcc F-сублаттики время наполовину заняты2,3,4,5. Они оба прямыематериалы разрыва полосы 6, что делает их пригодными для оптических приложений7,8,9. Разрыв полосы Mg3N2 находится в видимом спектре (2,5 эВ)10, а разрыв полосыn 3N2 находится в ближнем инфракрасном (1,25 eV)11. Для изучения физических свойств этих материалов и их потенциала для применения электронных и оптических устройств, очень важно получить высококачественные, одиночные кристаллические пленки. Большая часть работы по этим материалам на сегодняшний день была проведена на порошках или поликристаллических пленках, сделанных реактивным распылением12,13,14,15,16, 17.
Молекулярная лучевая эпитаксия (MBE) является хорошо развитым и универсальным методом выращивания однокристаллических полупроводниковых пленок18, который может дать высококачественные материалы с использованием чистой окружающей среды и высококачественных элементарных источников. Между тем, быстрое действие затвора MBE позволяет изменять пленку в масштабе атомного слоя и позволяет точно контролировать толщину. В этой статье сообщается о росте Mg3N2 и N3N2 эпитаксиальных пленок на субстратах MgO плазменными MBE, используя высокую чистоту Зн и Мг в качестве источников пара и n2 газа в качестве источника азота.

<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

В этой статье описывается процедура для выращивания Mg3N2 и N3N2 пленки плазменной молекулярной лучей эпитаксии (MBE). Пленки выращиваются на 100 ориентированных субстратах MgO с газом N2 в качестве источника азота. Описан метод подготовки субстратов и процесс роста MBE. Ориентация и кристаллический порядок субстрата и поверхности пленки контролируются отражением высокоэнергетической дифракции электронов (RHEED) до и во время роста. При росте поверхности образца измеряется зеркальная отражательная способность с длиной волны 488 нм. Устанавливая временной зависимости отражательной способности к математической модели, определяются рефракционный индекс, оптический коэффициент вымирания и темпы роста пленки. Металлические потоки измеряются независимо как функция температуры клеток выпота с помощью кварцевого кристаллического монитора. Типичные темпы роста составляют 0,028 нм/с при температуре роста 150 градусов по Цельсию и 330 градусов по Цельсию для Mg3N2 и N3N2 соответственно.

Черный объект в вузе на рисунке 5B представляет собой фотографию, как выросли 200 нм нн3N2 тонкой пленки. Аналогичным образом, желтый объект в вузе на рисунке 5C является как выросли 220 нм Mg3N2 тонкая пленка. В желтой пле?...

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

В этой статье описывается рост эпитаксиальных пленок Mg3N2 и N3N2 на субстратах MgO с помощью плазменной молекулярной лучейной эпитаксии с газом N2 в качестве источника азота и оптического мониторинга роста.

Плазменный молекулярный луч Эпитаксисы Рост Mg3N2 и N3N2 Тонкие пленки

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 ...

В этом видео мы показываем, как выращивать эпитаксиальные пленки нитрита магния и нитрита цинка с помощью плазменной молекулярной эпитаксии пучка, или MBE для краткости. Нитрит магния и нитрит цинка являются составным полупроводниковым материалом II-V. Это относительно неизведанный класс полупроводников.Они имеют антибиксбиитовую кристаллическую структуру, которая имеет 80 атомов в обычной ячейке блока куба. Фильмы выращиваются в системе VG V80 MBE. Горизонтальная камера слева является подготовительной камерой, а круглая камера справа – камерой роста, где происходит рост пленки.Замок входа образца, расположенный на левом конце камеры подготовки. Лучший субстрат, который мы нашли для выращивания эпитаксиального нитрита магния и нитрита цинка, это 100-ориентированный однокристаллический оксид магния. Однометровые квадратные субстраты сначала помещаются на сапфировую пластину образца носителя с полированной стороной вверх и annealed в течение девяти часов на 1000 градусов по Цельсию.Высокая температура annealing удаляет углерод с поверхности и реконструирует поверхность кристаллической структуры оксида магния одного кристаллического субстрата.После аннолирования образцы промывают в деионизированной воде, кипятят в ацетоне в течение 30 минут, чтобы удалить органическое углеродное загрязнение от обработки, затем их снова промывают метанолом и выдувывают азотом. Первым шагом в росте MBE является включить охлаждающую воду для термоядерных клеток и крио-плащаницу в камере роста. Затем мы включаем лазер мониторинга роста, источник питания RHEED, источник питания плазменного генератора РФ и систему микробаланса кварцевого кристалла.Субстраты оксида магния устанавливаются на держатели образцов молибдена диаметром три дюйма с вольфрамовыми пружинными зажимами. Первый шаг в загрузке образцов в MBE заключается в том, чтобы выключить турбо насос и вентиляционные быстрый замок входа. Кассета держателя образца удаляется из быстрой блокировки входа и новый образец загружается в кассету и кассета ставится обратно в быстрый замок входа.Турбо насос используется для эвакуации быстрого входа блокировки. Таким образом, мы обычно де-газ субстрата в быстром входе замок на 100 градусов, по Цельсию степени, в течение 30 минут. А затем перенесите его в подготовительную камеру для дезавуирования при 400 градусах Цельсия в течение пяти часов.Держатель образца де-газа передается механизмом тележки в камеру роста, где он загружается в образец манипулятора. Образец из газа в манипуляторе при 750 градусов по Цельсию в течение 30 минут. Убедитесь, что охлаждающая вода включена в крио-саване, чтобы избежать перегрева.В случае роста нитрита магния температура субстрата опускается до 330 градусов. Давление камеры роста теперь должно быть ниже 10 до минус восьми Торр. Напряжение на отражении высокой энергии электронной дифракционной пушки, или RHEED для краткости, медленно увеличивается до 15 киловольт и тока нитей нагревателя устанавливается на полтора усилителя.Держатель субстрата вращается до тех пор, пока рисунок дифракции электронов не показывает соответствие с принципиальной кристаллической графической оси субстрата и не будет виден четкий однокристаллическое изображение дифракции электронов. Стандартные клетки диффузии типа группы 3 или низко температурные диффузионные клетки используются для магния и цинка. Тигли были загружены с 15 граммов и 25 граммов высокой чистоты магния и цинка выстрел, соответственно.Клетки синтеза источника цинка и магния выходят на газ при 250 градусах в течение одного часа с закрытыми ставнями. Обычно это делается перед загрузкой субстрата в манипулятор. После загрузки субстрата мы нагреваем ячейку синтеза цинка до 350 градусов по Цельсию, а магниевую клетку до 390 градусов по Цельсию.Выдвижной кварцевый кристаллический монитор расположен перед подложком внутри камеры. Убедитесь, что субстрат полностью покрыт детектором, так что металл не откладывается на подложе. Вввечите плотность металла в контроллер монитора кварцевого кристалла, чтобы контроллер считыв толщину отложенного металла на кварцевом хрустальном датчике.Для калибровки потока мы открываем затвор на одном из металлических источников и позволяем металлическому потоку из одной из инфузионных ячеев откалиброваться на датчике. Толщина измеряется контроллером будет увеличиваться линейно со временем, как металл строит на датчике. При установке прямой линии на толщину в качестве функции времени, мы получаем точное измерение потока металла.Как только измерения потока будут завершены, закройте ставни на инфузионных клетках и убираете детектор кристаллического монитора кварца с передней части держателя образца. На этом графике показана температурная зависимость потока, который измеряется металлическим источником с помощью кварцевого кристаллического монитора. Прямые линии закреплены на отношении Аррениуса.Поток примерно удваивается для каждого 12-градусного повышения температуры источника. Выключите нитейный ток и высокое напряжение на пушке RHEED, чтобы предотвратить повреждение нити при наличии высокого давления газа азота в камере роста. Следующим шагом является запуск источника плазмы азота.Откройте газовый клапан на цилиндре высокого давления, затем медленно откройте клапан утечки до тех пор, пока давление азота в камере роста не достигнет 3-4 раз от 10 до минус пяти Торр. Затем установите мощность на 13,56 МГц RF питания до 300 Вт. Плазма началась с воспламенитель на источнике плазмы.Когда плазма началась, ярко-фиолетовое свечение видно из порта вида в задней части источника плазмы. Отрегулируйте управление на радиочастотной коробке, чтобы свести к минимуму отражающую мощность как можно больше. Отраженная мощность менее 15 Вт хороша.Сосредоточьте нарезанный 488 нанометровый аргоновый лазерный свет, отраженный от субстрата в камере роста, на силиконовый фото диод, чтобы электрический сигнал был обнаружен усилителем блокировки. Это достигается путем регулировки угла субстрата путем вращения держателя субстрата вокруг двух осей и корректировки положения силиконового детектора и фокусировки объектива, который собирает отраженный свет, как показано на этой картинке. Фильтр лазерной линии используется для блокирования всего света, за исключением 488 нанометров света от аргонового лазера.Выход диода фотографии измеряется усилителем блокировки, и этот сингл пропорционален отражательной способности поверхности субстрата. Откройте затвор одного из металлических источников. Завехать зависимую от времени отражателя с помощью управляемого компьютером регистратора данных.Рост эпитаксиальной пленки будет производить осцилляторный отраженный сигнал, связанный с тонкой пленкой оптического вмешательства между передней и задней поверхностями пленки. Когда нитритные пленки магния впервые вынули из MBE, они желтые, но быстро исчезают до беловатый цвет. Для защиты пленок от окисления и воздуха рекомендуется, чтобы инкапсуляционный слой оксида магния был отложен сверху, прежде чем принимать пленку из камеры роста, чтобы защитить пленку от окисления, когда она подвергается воздействию воздуха.Это особенно важно для нитрита магния и менее важно для нитрита цинка. Для того, чтобы от месторождения слоя инкапсуляции оксида магния, закрыть азотный газ и перейти на кислородный газ и увеличить давление кислорода до 10 до минус пяти Торр. При росте укупорки слоя мы уменьшаем мощность РФ до 250 Вт.Плазма начинается с более низкой мощности РФ с кислородом, чем с азотом. Как только кислородная плазма работает, откройте затвор на источник магния и контролировать время зависимой отражаемости в течение 10 минут. Это позволит производить пленку оксида магния, которая составляет около 10 нанометров толщиной.С помощью этого уравнения можно смоделировать оптическую отражаемость образцов. n2 является индексом преломления субстрата оксида магния на 488 нанометров, что равно 1,75. Theta naught является угол инцидента измеряется по отношению к субстрат нормально.И т это время во время процесса роста. Оптические константы пленки, n1 и k1, а также темпы роста получаются путем установки отражаемости как функции времени с уравнением. желтый квадрат является примером нитритной пленки магния, увенчаной оксидом магния, а черный квадрат – нитритной пленкой цинка.Нитрит магния желтый, потому что он имеет разрыв полосы в видимом, в то время как нитрит цинка черный, потому что это разрыв полосы инфракрасный. На рисунке слева находится рисунок дифракции электронов RHEED для голого субстрата оксида магния с выровненным электронным лучом параллельно 110-му направлению. Средняя картина - это дифракционная картина из нитритной пленки цинка, а справа - пленка из нитритной пленки магния.Эти результаты показывают, что кристаллические структуры депонированных пленок ориентированы в плоскости субстрата, как и следовало ожидать для эпитаксиальных пленок. Это показывает, что происходит с моделью дифракции электронов при повороте голого субстрата оксида магния в манипуляторе образца. На этом графике показана оптическая отражаемость как функция времени во время роста цинкового нитрита и нитритных пленок магния.При установке отражаемости в качестве функции времени на оптическую модель, вы можете извлечь индекс преломления,, коэффициент вымирания, к, и темпы роста, г, для фильмов. Отражаемость падает со временем в случае нитритных пленок магния из-за рассеяния шероховатости поверхности, которую мы математически смояли с помощью затухаемого экспоненциального. В этом видео мы показали вам, как выращивать эпитаксиальные магниевые и цинковые нитритные пленки с помощью плазменной молекулярной эпитаксии пучка.Один из наших результатов заключается в том, что измерение оптической отражательной способности образцов во время их роста является хорошим способом определения как темпов роста, так и оптических констант пленки. К сожалению, наш материал не показывает фотолюминесценции, ни при комнатной температуре, ни при низкой температуре, поэтому необходимо внести дальнейшие улучшения в качество пленки. Эксперименты в нашей лаборатории по образцам порошка дают ключ к тому, как это может быть сделано.Цинк нитрит порошки, сделанные путем реагирования цинка с аммиаком при высокой температуре показывают сильную фотолюминесценцию. Это говорит о том, что использование аммиака вместо азотного газа в качестве источника азота может быть способом сделать материал с улучшенными электронными свойствами.

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

Молекулярная масс-спектрометрии ширина с перестраиваемой вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) синхротронного излучения

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

Видообразования и биодоступности Измерения окружающей среды плутонием диффузия в тонких пленках

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

С помощью плазмы молекулярно-лучевой эпитаксии N-полярная InAlN-барьерные Транзисторы высокого электронно-мобильности

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

На месте Мониторинг производительности ускоренной деградации солнечных элементов и модулей: тематическое исследование для Cu (In, Ga) Se2 солнечных батарей

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

Целенаправленные Ион луч изготовление Nanobatteries ЛИПОН основе твердотельных литий ионный на месте тестирования

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

Изготовление ультра-тонкий цветной фильмов с сильно поглощающих средств массовой информации с использованием угла наклона осаждения

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

Фильм управления для изучения взносов волн капелька влияние динамики на тонких течет жидкость фильмы

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

Производство диодов Шоттки на Zn Полярный BeMgZnO/ZnO гетероструктуры, выращенных при содействии плазмы Молекулярно-пучковая эпитаксия

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

Демонстрация поколения равной интенсивности луча диэлектрическими метаповерхностями

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

Процедура передачи полимерных пленок на пористые субстраты с минимичными дефектами

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