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

Detta arbete stöddes av naturvetenskapliga och tekniska forskningsrådet i Kanada.

1. MgO substrat beredning
Anmärkning: kommersiell One-Side EPI-polerad (100) orienterade Single Crystal MgO kvadratiska substrat (1 cm x 1 cm) var anställda för X3N2 (x = Zn och mg) tunnfilms tillväxt.
<ol><li>Hög temperatur glödgning<ol>
<li>Placera MgO på en ren safir wafer prov bärare med den polerade sidan vänd uppåt i en ugn och glöden för 9 h vid 1 000 ° c. Höj temperaturen till 1000 ° c under en 10 min-period. Obs: hög temperatur gl?...

<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 mängd olika överväganden är involverade i valet av substrat och upprättande av tillväxtförhållanden som optimerar de strukturella och elektroniska egenskaperna hos filmerna. MgO-substrat värms vid hög temperatur i luft (1000 ° c) för att avlägsna kol förorening från ytan och förbättra den kristallina ordningen i substrat ytan. Ultraljudsrengöring i aceton är ett bra alternativ metod för att rengöra MgO-substrat.
Den (400) röntgen diffraktions topp för Zn3N<...

II3-v2 -materialen är en klass av halvledare som har fått relativt lite uppmärksamhet från halvledar forskarsamfundet jämfört med III-v och II-vi halvledare1. Mg och Zn nitrider, mg3n2 och Zn3n2, är attraktiva för konsumentapplikationer eftersom de består av rikligt och giftfria element, vilket gör dem billiga och lätta att återvinna till skillnad från de flesta III-V och II-vi sammansatta halvledare. De visar en anti-bixbyite kristallstruktur som liknar CaF2 struktur, med en av de interpenetrerande FCC F-sublattices är halva ockuperade2,3,4,5. De är både direkta band gap material6, vilket gör dem lämpliga för optiska tillämpningar7,8,9. Bandet gap av mg3n2 är i det synliga spektrumet (2,5 EV)10, och bandet gap av Zn3N2 är i nära-infraröd (1,25 EV)11. För att utforska de fysikaliska egenskaperna hos dessa material och deras potential för elektroniska och optiska applikationer, är det viktigt att få högkvalitativa, enkla kristall filmer. Det mesta arbetet med dessa material hittills har utförts på pulver eller polykristallina filmer gjorda av reaktiv sputtring12,13,14,15,16, 17.
Molekylär balk epitaxyen (MBE) är en väl utvecklad och mångsidig metod för att odla Single-Crystal sammansatta halvledar filmer18 som har potential att ge högkvalitativa material med hjälp av en ren miljö och hög renhet elementärt källor. Samtidigt, MBE snabb slutare åtgärder möjliggör förändringar i en film på atomlager skala och möjliggör exakt tjocklek kontroll. Detta dokument rapporterar om tillväxten av mg3n2 och Zn3n2 epitaxiell filmer på MgO substrat av plasma-Assisted MBE, med hög renhet Zn och mg som ång källor och N2 gas som kvävekälla.

<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 denna artikel beskrivs ett förfarande för odling av mg3n2 och Zn3n2 filmer med plasma-Assisted molekylstråle epitaxyen (MBE). Filmerna odlas på 100 orienterade MgO substrat med N2 gas som kvävekälla. Metoden för att bereda substrat och MBE tillväxtprocess beskrivs. Orienteringen och den crystalline beställer av substraten, och filma ytbehandlar övervakas av reflexionen kick energi elektrondiffraktion (RHEED) för och under tillväxt. Prov ytans speglande reflektivitet mäts under tillväxt med en ar-Ion-laser med en våglängd på 488 nm. Genom att montera tid beroendet av reflektivitet till en matematisk modell, brytningsindex, optisk utrotning koefficient, och tillväxttakten i filmen bestäms. Metall flödena mäts självständigt som en funktion av utgjutning cell temperaturer med hjälp av en kvartskristall Monitor. Typiska tillväxttakten är 0,028 nm/s vid tillväxt temperaturer på 150 ° c och 330 ° c för mg3n2 och Zn3n2 filmer, respektive.

Det svarta objektet i insetet i Figur 5b är ett fotografi av en as-odlad 200 nm Zn3N2 tunn film. På samma sätt är det gula objektet i insetet i figur 5c en as-odlad 220 nm mg3N2 tunn film. Den gula filmen är transparent i den mån det är lätt att läsa text placerad bakom filmen10.
Underlaget och...

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

Denna artikel beskriver tillväxten av epitaxiell filmer av mg3n2 och Zn3n2 på MgO substrat av plasma-Assisted molekylstråle epitaxyen med N2 gas som kvävekälla och optisk tillväxt övervakning.

Plasma-Assisted molekylär stråle epitaxy tillväxt av mg3n2 och Zn3n2 tunna 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 den här videon visar vi hur man odlar epitaxial filmer av magnesiumnittrit och zinknittrit av plasma-assisterad molekylär stråle epitaxy, eller MBE för kort. Magnesiumnittrit och zinknittrit är II-V sammansatta halvledarmaterial. Detta är en relativt outforskad klass av halvledare.De har anti-bixbyite kristallstruktur, som har 80 atomer i den konventionella kuben enhet cell. Filmerna odlas i ett VG V80 MBE-system. Den horisontella kammaren till vänster är förberedelsekammaren och den runda kammaren till höger är tillväxtkammaren där filmtillväxten sker.Provinmatningsspärren, som finns vid den vänstra änden av beredningskammaren. Det bästa substrat som vi har hittat för odling av epitaxial magnesiumnitrat och zinknittrit är 100-orienterad enkristall magnesiumoxid. De en centimeter kvadratiska substraten placeras först på en safir wafer provbärare med polerad sida uppåt och glödgat i nio timmar vid 1, 000 grader C.Hög temperaturglödgning avlägsnar kolet från ytan och rekonstruerar ytkristallstrukturen hos magnesiumoxidens enkristallsubstrat.Efter glödgning sköljs proverna i avjoniserat vatten, kokas i aceton i 30 minuter för att avlägsna eventuell organisk kolförorening från hantering, sedan sköljs de igen i metanol och blåst torrt med kväve. Det första steget i MBE-tillväxten är att slå på kylvattnet för fusionscellerna och kryosvepningen i tillväxtkammaren. Sedan slår vi på tillväxtövervakningslasern, RHEED-strömförsörjningen, RF-plasmageneratorns strömförsörjning och kvartskristallmikbalanssystemet.Magnesiumoxid substrat är monterade på tre-tums diameter molybden provhållare med volfram våren klipp. Det första steget i lastning av proverna i MBE är att stänga av turbopumpen och ventilera fast instegslåset. Provhållarkassetten tas bort från snabbinträdeslåset och ett nytt prov laddas i kassetten och kassetten sätts tillbaka i snabbinträdeslåset.Turbopumpen används för att evakuera snabbinträdeslåset. Så vi brukar avgasa substratet i snabbinträdesspärren vid 100 grader, Celsius-grad, i 30 minuter. Och sedan, överför den till förberedelsekammare för avgasning vid 400 Celsius-grad i fem timmar.Avgasprovhållaren överförs av en vagnsmekanism in i tillväxtkammaren där den lastas in i provmanipulatorn. Provet är ut-gasas i manipulatorn på 750 grader C i 30 minuter. Se till att kylvattnet är påslagen i kryosvepningen för att undvika överhettning.Vid magnesiumnittrittillväxt rampas underlagets temperatur ner till 330 grader. Tillväxtkammaren trycket bör nu vara under 10 till minus åtta Torr. Spänningen på reflexionshögenergielektrondififfraktionspistolen, eller RHEED för kort, ökas långsamt till 15 kilovolt och glödtrådsvärmarens ström är satt till en och en halv ampere.Underlaget innehavaren roteras tills elektrondiffraktion mönster visar anpassningen till principen kristall grafisk axel av substratet och en klar en-kristall elektrondiffraktion mönster är synlig. Standard grupp tre typ diffusionsceller eller låg temperatur diffusion celler används för magnesium och zink. Degelerna var laddade med 15 gram och 25 gram hög renhet magnesium och zink skott, respektive.Zink och magnesium källa fusionsceller är ut-gasas på 250 grader i en timme med sina fönsterluckor stängda. Normalt görs detta innan du laddar underlaget i manipulatorn. Efter att substratet är laddat värmer vi zinkfusionscellen upp till 350 grader C och magnesiumcellen till 390 grader C.Fusionscellerna får stabiliseras i 10 minuter vid sina driftstemperaturer innan du öppnar fönsterluckorna.Den infällbara kvartskristallmonitorn är placerad framför underlaget inuti kammaren. Se till att underlaget är helt täckt av detektorn, så att ingen metall deponeras på underlaget. Mata in metallens densitet i den kvartskristallskärmsregulator, så att styrenheten kan läsa ut tjockleken på den deponerade metallen på kvartskristallsensorn.För att kalibrera rökflödet öppnar vi slutaren på en av metallkällorna och låter metallflödet från en av infusionscellen sätta in på sensorn. Tjockleken som mäts av regulatorn kommer att öka linjärt med tiden då metallen byggs upp på sensorn. Genom att montera en rak linje på tjockleken som en funktion av tiden, erhåller vi en noggrann mätning av metallflödet.När flussmätningarna är avslutade stänger du jalusierna på infusionscellerna och drar tillbaka kvartskristallmonövervakardetektorn från provhållarens framsida. Detta diagram visar temperaturberoendet av ett fluss som metallkällan mäts med en kvartskristallmonitor. De raka linjerna är fixerade till en Arrhenius-relation.Flussen ungefär fördubblas för varje 12 graders ökning av källtemperaturen. Stäng av glödtrådsströmmen och högspänningen på RHEED-pistolen för att förhindra skador på glödtråden i närvaro av ett högt kvävegastryck i tillväxtkammaren. Nästa steg är att starta kväveplasmakällan.Öppna en gasventil på högtryckscylindern, öppna sedan långsamt läckageventilen tills kvävetrycket i tillväxtkammaren når tre till fyra gånger 10 till minus fem Torr. Ställ sedan in strömmen på 13,56 MHz RF-strömförsörjningen till 300 watt. Plasman startas med en tändare på plasmakällan.När plasman har startat syns en klarlila glöd från vyporten på baksidan av plasmakällan. Justera kontrollen på radiofrekvensmatchningslådan för att minimera den reflekterande kraften så mycket som möjligt. En reflekterad effekt på mindre än 15 watt är bra.Fokusera det hackade 488 nanometervåglängdslaserljuset reflekterat från substratet i tillväxtkammaren på silikonfotodioden, så att en elektrisk signal kan detekteras av inlåsningsförstärkaren. Detta åstadkoms genom att man justerar underlagets vinkel genom att man roterar underlagets hållare runt två axlar och genom att justera positionen för silikondetektorn och fokuseringslinsen som samlar in det reflekterade ljuset enligt bilden. Ett laserlinjefilter används för att blockera allt ljus förutom 488 nanometerljuset från argonlasern.Fotodiodutgången mäts med en inlåsningsförstärkare och denna singel står i proportion till reflexionen hos underlagets yta. Öppna slutaren på en av metallkällorna. Registrera den tidsberoende reflektionsförmågan med en datorstyrd datalogger.Tillväxten av en epitaxial film kommer att producera en oscillatory reflekterad signal i samband med tunnfilms optiska störningar mellan fram-och bakytor av filmen. När magnesiumnittritfilmerna först tas ut ur MBE är de gula, men bleknar snabbt till en vitaktig färg. För att skydda filmerna från oxidation och luft rekommenderas att ett inkapslingsskikt av magnesiumoxid deponeras ovanpå innan du tar filmen ur tillväxtkammaren för att skydda filmen från oxidation när den utsätts för luft.Detta är särskilt viktigt för magnesiumnittrit och mindre kritiska för zink nitrit. För att deponera en magnesiumoxid inkapsling lager, stänga kvävegasen och byta till syregas och öka trycket av syret till 10 till minus fem Torr. Under takskiktstillväxt minskar vi RF-effekten till 250 watt.Plasman börjar vid en lägre RF-effekt med syre än med kväve. När syreplasma är igång, öppna slutaren på magnesium källan och övervaka tiden beroende reflektori i 10 minuter. Detta kommer att producera en magnesiumoxid film som är ca 10 nanometer tjock.En optisk reflektoritet av proverna kan modelleras med denna ekvation. n2 är index för refraktion av magnesiumoxid substrat vid 488 nanometer, vilket är lika med 1,75. Theta inteaught är vinkeln på den incident som mäts med avseende på substratet normal.Och t är tid under tillväxtprocessen. Filmens optiska konstanter, n1 och k1, och tillväxthastigheten erhålls genom att man passar reflexiviteten som en funktion av tiden med ekvationen. Den gula kvadraten är ett exempel på magnesium nitrit filmen utjämnas med magnesiumoxid och den svarta torget är en zink nitrit film.Magnesiumnittriten är gul eftersom den har ett bandgap i det synliga, medan zinknittriten är svart eftersom det är bandgapet är infraröd. Bilden till vänster är RHEED elektrondiffraktion mönster för en bar magnesiumoxid substrat med elektronstrålen anpassas parallellt med 110 riktning. Den mellersta bilden är diffraktionsmönstret från en zinknittritfilm och bilden till höger är från en magnesiumnittritfilm.Dessa resultat visar att de insatta filmernas kristallstrukturer är orienterade i substratets plan som vi förväntar oss för epitaxiella filmer. Detta visar vad som händer med elektrondiffraktionsmönstret när du roterar det nakna magnesiumoxidsubstratet i provmanipulatorn. Detta diagram visar den optiska reflektorsiteten som en funktion av tiden under tillväxten av zinknittrit och magnesium nitrit filmer.Genom att passa reflexionen som en funktion av tiden till den optiska modellen, kan du extrahera index för refraktion, n, den utplåningskoefficient, k, och tillväxttakten, g, för filmerna. Reflektiviteten sjunker med tiden när det gäller magnesiumnittritfilmerna på grund av ytråhetsspridning, som vi modellerade matematiskt av en dämpad exponentiell. I denna video har vi visat dig hur man odlar epitaxial magnesium och zink nitrit filmer av plasma-assisted molekylära balk epitaxy.Ett av våra resultat är att mätning av den optiska reflektoriteten hos proverna medan de växer är ett bra sätt att bestämma både tillväxttakten och filmens optiska konstanter. Tyvärr visade vårt material inte fotoluminescens, antingen vid rumstemperatur eller vid låg temperatur, så det finns ett behov av att göra ytterligare förbättringar i filmkvalitet. Experiment i vårt labb på pulverprover ger en ledtråd för hur detta kan göras.Zink nitrit pulver som gjorts genom att reagera zink med ammoniak vid hög temperatur visar stark fotoluminescens. Detta tyder på att använda ammoniak i stället för kvävegas som kvävekälla kan vara ett sätt att göra material med förbättrade elektroniska 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

Molekylär Beam masspektrometri med sökbara Vacuum Ultraviolet (VUV) Synkrotronljusfysik

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

Speciering och biotillgänglighet Mätningar av miljö Plutonium Använda 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-assisterad Molecular Beam epitaxi av N-polära InAlN barriär hög elektron rörlighet 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 Övervakning av den accelererade prestandaförsämring av solceller och moduler: en fallstudie för 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

Fokuserad Ion Beam tillverkning av LiPON-baserade SSD Lithium-ion Nanobatteries för In Situ testning

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

Tillverkning av ultra-tunn färg filmer med mycket absorberande medier med sned vinkel nedfall

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 kontroll att studera bidrag av vågor till Droplet inverkan Dynamics på tunna flödar flytande 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

Tillverkning av Schottky dioder på Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostrukturfotoniska odlas av Plasma-assisted molekylärt stråla epitaxyen

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 av lika intensitet stråle generation av dielektriska 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

Förfarande för överföring av Polymerfilmer på porösa substrat med minimerade defekter

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