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

Bu çalışma Kanada Doğal Bilimler ve Mühendislik Araştırma Konseyi tarafından destekleniyordu.

1. MgO substrat hazırlama
Not: ticari tek taraflı epi cilalı (100) odaklı tek kristal MgO kare substratlar (1 cm x 1 cm) X3N2 (x = Zn ve mg) ince film büyüme için istihdam edildi.
<ol><li>Yüksek sıcaklık tavlama<ol>
<li>MgO 'ya, 1.000 °c ' de 9 h için bir fırın ve tavlama yukarı dönük cilalı tarafı ile temiz Safir gofret örnek taşıyıcı yerleştirin. Sıcaklığa 10 dakika boyunca 1000 °C ' ye kadar yükseltin. Not: yüksek sıcakl?...

<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>

Noktalar çeşitli substratlar seçimi ve film yapısal ve elektronik özelliklerini optimize büyüme koşulları kurulması yer almaktadır. MgO substratlar, yüzeyden karbon kontaminasyonunu kaldırmak ve substrat yüzeyinde kristalin sırasını iyileştirmek için hava (1000 °C) yüksek sıcaklıkta ısıtılır. Aseton Ultrasonik Temizleme MgO substratlar temizlemek için iyi bir alternatif yöntemdir.
(400) Zn3N2 filmler için X-ışını kırılacak tepe, film y?...

II3-v2 malzemeleri, III-v ve II-VI yarı iletkenler1' e kıyasla Yarıiletken araştırma topluluğundan nispeten az dikkat çeken bir yarıiletken sınıfıdır. Mg ve Zn nitrides, mg3n2 ve Zn3n2, onlar bol ve toksik olmayan elemanları oluşur, çünkü tüketici UYGULAMALARı için cazip, onları ucuz ve en III-V ve II-VI aksine geri dönüşüm kolay hale bileşik Yarıiletkenler. CaF2 yapısına benzer bir anti-bixbyite kristal yapısı gösteriyorlar, interpenetran FCC F-sublattıclardan biri yarı işgal edilmiş2,3,4,5. Hem doğrudan bant Gap malzeme6, optik uygulamalar için uygun hale7,8,9. Mg3n2 ' nin grup boşluğu görünür spektrumunda (2,5 ev)10ve Zn3n2 ' nin bant boşluğu yakın kızılötesi (1,25 ev)11' de. Bu malzemelerin fiziksel özelliklerini ve elektronik ve optik cihaz uygulamalarının potansiyelini keşfetmek için yüksek kalitede, tek kristal filmler elde etmek önemlidir. Bu materyallerin en çok çalışması, reaktif püskürtücüler12,13,14,15,16ile yapılan tozlar veya Polikristal filmler üzerinde yapılmıştır. 17 yaşında.
Moleküler ışın epitaxy (MBE), temiz bir ortam ve yüksek saflıkta Elemental kaynaklar kullanarak yüksek kaliteli malzemeler elde etme potansiyeline sahip tek kristal bileşik Yarıiletken filmleri18 büyüyen için iyi geliştirilen ve çok yönlü bir yöntemdir. Bu arada, MBE hızlı deklanşör eylem atomik katman ölçekte bir film değişiklikleri sağlar ve hassas kalınlık kontrolü için izin verir. Bu yazıda plazma destekli MBE ile MgO substratlar üzerinde mg3n2 ve Zn3n2 Epitaksiyel filmler büyümesi hakkında raporlar, yüksek saflık Zn ve mg buharı kaynakları ve N2 Gaz azot kaynağı olarak kullanarak.

<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

Bu makalede, plazma destekli moleküler ışın epitaxy (MBE) tarafından mg3n2 ve Zn3n2 filmleri büyüyen bir yordam açıklanır. Filmler, azot kaynağı olarak N2 gaz ile 100 odaklı MgO substrat üzerinde yetiştirilen. Substratlar ve MBE büyüme sürecini hazırlamak için yöntem açıklanmıştır. Substrat ve film yüzeyinin Oryantasyon ve kristalin sırası, yüksek enerji elektron kırması (RHEED) önce ve büyüme sırasında yansıma tarafından izlenir. Numune yüzeyinin speküler yansıtıcılık 488 nm dalga boyu ile bir ar-iyon lazer ile büyüme sırasında ölçülür. Yansıtıcılığın zaman bağımlılığını matematiksel bir modele sığdırarak, refraktif Endeks, optik tükenme katsayısı ve filmin büyüme oranı belirlenir. Metal Fluxlar, kuvars kristal monitör kullanılarak efüzyon hücresi sıcaklıklarının bir fonksiyonu olarak bağımsız olarak ölçülür. Tipik büyüme oranları sırasıyla 150 °C ' nin büyüme sıcaklıklarında 0,028 nm/s, mg3n2 ve Zn3n2 filmler için 330 °c ' dir.

Şekil 5B 'deki insetteki siyah nesne, yetiştirilen 200 Nm Zn3N2 ince filmin bir fotoğraftır. Benzer şekilde, Şekil 5c 'de yer alan sarı nesne, büyüyen 220 nm mg3N2 ince film 'dir. Sarı film, film10' ın arkasına yerleştirilen okunması kolay metin olduğu ölçüde şeffaftır.
Substrat ve f...

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

Bu makalede, mg3n2 ve Zn3n2 ' nin Epitaksiyel filmlerinin, azot kaynağı ve optik büyüme izleme olarak N2 gaz Ile plazma destekli moleküler kiriş epitaxy tarafından MgO substratlar üzerinde büyümesi anlatılmaktadır.

Mg3n2 ve Zn3n2 Ince filmlerin plazma destekli moleküler ışın epitaxy büyümesi

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 ...

Bu videoda, plazma destekli moleküler ışın epitaksisi veya kısaca MBE tarafından magnezyum nitrit ve çinko nitrit epitaksial filmler büyümek için nasıl göstermek. Magnezyum nitrit ve çinko nitrit II-V bileşik yarı iletken malzemelerdir. Bu yarı iletkenlerin nispeten keşfedilmemiş bir sınıftır.Konvansiyonel küp ünitesi hücresinde 80 atom bulunan anti-bixbyit kristal yapısına sahiptirler. Filmler VG V80 MBE sisteminde yetiştirilmektedir. Soldaki yatay oda hazırlık odası, sağdaki yuvarlak oda ise film büyümesinin gerçekleştiği büyüme odasıdır.Hazırlık odasının sol ucunda bulunan örnek giriş kilidi. Biz epitaksial magnezyum nitrit ve çinko nitrit büyüyen bulduk en iyi substrat 100 odaklı tek kristal magnezyum oksit. Bir santimetre kare yüzeyler ilk cilalı tarafı yukarı ve 1, 000 derece C.Yüksek sıcaklık annealing dokuz saat boyunca annealed bir safir gofret örnek taşıyıcı yerleştirilir yüzeyden karbon kaldırır ve magnezyum oksit tek kristal yüzeylerin yüzey kristal yapısını yeniden.Ekselanstan sonra, numuneler deiyonize suda durulanır, 30 dakika boyunca aseton la kaynatılır, daha sonra metanoliçinde tekrar durulanır ve azot ile kurutulur. MBE büyümesinin ilk adımı füzyon hücreleri için soğutma suyunu açmak ve büyüme odasındaki kriyo kefeni. Sonra büyüme izleme lazerini, RHEED güç kaynağını, RF plazma jeneratörgüç kaynağını ve kuvars kristal mikro denge sistemini çalıştırıyoruz.Magnezyum oksit yüzeyler tungsten yay klipleri ile üç inç çapında mobiden örnek tutucuları üzerine monte edilir. Numuneleri MBE'ye yüklemenin ilk adımı turbo pompayı kapatmak ve hızlı giriş kilidini havalandırmaktır. Örnek tutucu kaset hızlı giriş kilidinden çıkarılır ve kasete yüklenen yeni bir örnek alınır ve kaset hızlı giriş kilidine geri konur.Turbo pompa hızlı giriş kilidi boşaltmak için kullanılır. Bu yüzden genellikle 100 derece, santigrat derecede, 30 dakika boyunca hızlı giriş kilidinde substrat gaz giderici. Ve sonra, 5 saat boyunca 400 santigrat derecede gaz giderme için hazırlık odasına aktarın.Gaz giderici numune tutucu, bir tramvay mekanizması tarafından numune manipülatörüne yüklendiği büyüme odasına aktarılır. Numune, manipülatörde 750 derecede 30 dakika boyunca gazdan çıkar. Aşırı ısınmayı önlemek için soğutma suyunun kriyo kefeninde açık olduğundan emin olun.Magnezyum nitrit büyümesi durumunda, substrat sıcaklığı 330 dereceye kadar rampalı. Büyüme odası basıncı eksi sekiz Torr 10 altında olmalıdır. Yansıma yüksek enerjili elektron kırınım tabancası veya kısaca RHEED üzerindeki gerilim yavaş yavaş 15 kilovolta yükseltilir ve filament ısıtıcı akımı bir buçuk amper olarak ayarlanır.Alt tabaka tutucu, elektron kırınım deseni substratın prensip kristal grafik ekseni ile uyum gösterene ve net tek kristalli elektron kırınımı deseni görünür olana kadar döndürülür. Standart grup üç tip difüzyon hücreleri veya düşük sıcaklıklı difüzyon hücreleri magnezyum ve çinko için kullanılır. Potalar sırasıyla 15 gram ve 25 gram yüksek saflıkta magnezyum ve çinko ile yüklendi.Çinko ve magnezyum kaynağı füzyon hücreleri kepenkleri kapalı bir saat boyunca 250 derecede gazsız kalırlar. Normalde bu manipülatör içine substrat yüklemeden önce yapılır. Substrat yüklendikten sonra çinko füzyon hücresini 350 c dereceye kadar ısıtırız ve magnezyum hücresi 390 dereceye kadar ısıtır.Geri çekilebilir kuvars kristal monitör, odanın içindeki substratın önüne yerleştirilmiştir. Substrat tamamen dedektör tarafından kaplı olduğundan emin olun, böylece hiçbir metal substrat üzerinde yatırılır. Metalin yoğunluğunu kuvars kristal monitör denetleyicisine girin, böylece denetleyici kuvars kristal sensöründe biriken metalin kalınlığını okuyabilsin.Akısı kalibre etmek için, metal kaynaklardan birinin deklanşörünü açıyoruz ve infüzyon hücresinden birinin metal akının sensöre birikmesine izin veriyoruz. Kumanda tarafından ölçülen kalınlık, metal sensör üzerinde biriktikçe zamanla doğrusal olarak artacaktır. Zamanın bir fonksiyonu olarak kalınlığa düz bir çizgi takarak, metal akısının doğru bir ölçümelde edilir.Akı ölçümleri tamamlandıktan sonra, infüzyon hücrelerindeki kepenkleri kapatın ve kuvars kristal monitör dedektörünü numune tutucunun önünden geri alın. Bu grafik, metal kaynağının kuvars kristal monitörle ölçüldüğü bir akının sıcaklık bağımlılığını gösterir. Düz çizgiler bir Arrhenius ilişkisine sabitlenir.Akı, kaynak sıcaklığındaki her 12 derecelik artış için yaklaşık iki katına çıkar. Büyüme odasında yüksek azot gazı basıncı nın varlığında filamentin zarar görmesini önlemek için filament akımını ve RHEED silahındaki yüksek voltajı kapatın. Bir sonraki adım azot plazma kaynağını başlatmaktır.Yüksek basınç silindirinde bir gaz valfi açın, sonra büyüme odasındaki azot basıncı eksi beş Torr'a kadar 3-4 kat 10'a ulaşana kadar sızıntı valfini yavaşça açın. Daha sonra 13,56 MHz RF güç kaynağının gücünü 300 watt'a ayarlayın. Plazma plazma kaynağında bir ateşleyici ile başlatılır.Plazma başladığında, plazma kaynağının arka sideki görüş portundan parlak mor bir parlaklık görünür. Yansıtıcı gücü mümkün olduğunca en aza indirmek için radyo frekansı eşleştirme kutusundaki denetimi ayarlayın. 15 watt'tan daha az bir yansıyan güç iyidir.Büyüme odasındaki alt tabakadan yansıyan doğranmış 488 nanometre dalga boyu argon lazer ışığını silikon foto diyota odaklayın, böylece kilitamplifikatör tarafından bir elektrik sinyali tespit edilebilsin. Bu, substrat tutucuyu iki eksen etrafında döndürerek ve silikon dedektörünün konumunu ayarlayarak ve yansıyan ışığı bu resimde gösterildiği gibi toplayan odaklama merceğini ayarlayarak substrat açısını ayarlayarak gerçekleştirilir. Argon lazerden gelen 488 nanometre lik ışık dışında tüm ışığı engellemek için lazer çizgi filtresi kullanılır.Fotoğraf diyot çıkışı bir kilit amplifikatör ile ölçülür ve bu tek substrat yüzeyinin yansıtıcılığı ile orantılıdır. Metal kaynaklardan birinin kepenk açın. Bilgisayar kontrollü bir veri kaydedicisi ile zamana bağlı yansıtıcılığı kaydedin.Bir epitaksial filmin büyümesi, filmin ön ve arka yüzeyleri arasında ince film optik girişim ile ilişkili bir salınımlı yansıyan sinyal üretecektir. Magnezyum nitrit filmleri ilk MBE çıkarılır, onlar sarı, ama hızlı bir şekilde beyazımsı bir renk solmaya. Filmleri oksidasyon ve havadan korumak için, filmi havaya maruz kaldığında oksidasyondan korumak için filmi büyüme odasından çıkarmadan önce magnezyum oksit kapsülleme tabakasının üst üste birikmeleri önerilir.Bu özellikle magnezyum nitrit için önemlidir ve çinko nitrit için daha az kritiktir. Magnezyum oksit kapsülleme tabakasını biraraya getirmek için, azot gazını kapatın ve oksijen gazına geçin ve oksijen basıncını eksi beş Torr'a 10'a yükseltin. Kapama tabakasının büyümesi sırasında RF gücünü 250 watt'a düşürüyoruz.Plazma azot ile daha oksijen ile daha düşük bir RF gücü başlar. Oksijen plazması çalışmaya başladığında, magnezyum kaynağındaki deklanşörü açın ve zamana bağlı yansıtıcılığı 10 dakika boyunca izleyin. Bu yaklaşık 10 nanometre kalınlığında bir magnezyum oksit film üretecek.Örneklerin optik yansıtıcılığı bu denklemle modellenebilir. n2 magnezyum oksit substrat kırılma indeksi 488 nanometre, hangi 1.75 eşittir. Theta naught, olayın normal substrata göre ölçülen açısıdır.Ve t büyüme sürecinde zaman. Filmin optik sabitleri, n1 ve k1 ve büyüme hızı denklemi ile zaman fonksiyonu olarak yansıtıcılık takılarak elde edilir. Sarı kare magnezyum nitrit film magnezyum oksit ile kaplı bir örnektir ve siyah kare bir çinko nitrit film.Magnezyum nitrit sarıdır çünkü görünürde bir bant boşluğu vardır, çinko nitrit ise siyahtır çünkü bant boşluğu kızılötesidir. Soldaki resim, 110 yönüne paralel hizalanmış elektron ışını ile çıplak magnezyum oksit substratı için RHEED elektron kırınımı desenidir. Ortadaki resim çinko nitrit filminin kırınım deseni dir ve sağdaki resim magnezyum nitrit filmindendir.Bu sonuçlar, yatırılan filmlerin kristal yapılarının epitaksial filmlerde beklediğimiz gibi substrat düzlemine yönlendirilmiş olduğunu göstermektedir. Bu, örnek manipülatördeki çıplak magnezyum oksit substratını döndürdüğünüzde elektron kırınım desenine ne olduğunu gösterir. Bu grafik çinko nitrit ve magnezyum nitrit filmlerinin büyümesi sırasında zamanın bir fonksiyonu olarak optik yansıtıcılığı gösterir.Optik modele zamanın bir fonksiyonu olarak yansıtıcılığı takarak, kırılma indeksini, n, yok olma katsayısı, k ve büyüme hızı, g, filmler için ayıklayabilirsiniz. Yüzey pürüzlülüğü saçılması nedeniyle magnezyum nitrit filmlerinin yansıması zamanla düşer ve matematiksel olarak sönümlenmiş bir üstel yapıyla modellenmiştir. Bu videoda, plazma destekli moleküler ışın epitaksisi ile epitaksial magnezyum ve çinko nitrit filmleri büyümek için nasıl göstermiştir.Sonuçlarımızdan biri, numunelerin büyürken optik yansıtıcılığının ölçülmesinin filmin hem büyüme hızını hem de optik sabitlerini belirlemenin iyi bir yolu olduğudur. Ne yazık ki, malzememiz fotolüminesans göstermedi, oda sıcaklığında ya da düşük sıcaklıkta, bu yüzden film kalitesinde daha fazla iyileştirme yapmak için bir ihtiyaç vardır. Laboratuarımızdaki toz örnekleri üzerinde yapılan deneyler bunun nasıl yapılabileceğine dair bir ipucu veriyor.Çinko nitrit tozları yüksek sıcaklıkta amonyak ile çinko tepki tarafından yapılan güçlü fotolüminesans gösterir. Bu azot kaynağı olarak azot gazı yerine amonya kullanarak gelişmiş elektronik özelliklere sahip malzeme yapmak için bir yol olabileceğini düşündürmektedir.

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

Ayarlanabilir Vakum Ultraviyole (VUV) Sinkrotron Radyasyon Molecular Beam Kütle Spektrometresi

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

İnce Filmlerde Difüzyon kullanma Çevre Pluton&#39;un Türleşme ve biyoyararlanımı Ölçümleri

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

InAlN bariyer Yüksek elektron-mobilite Transistörler N-polar Plazma destekli Moleküler Işın Epitaksi

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

Situ Güneş hücreleri ve modüllerin hızlandırılmış performans düşüşü izleme: Cu (In, Ga) Se2 güneş hücreleri için bir örnek çalışma

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

LiPON tabanlı katı hal lityum-iyon Nanobatteries in Situ test etmek için odaklı iyon kiriş imalatı

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

Eğik açısı ifade kullanarak medya yüksek emici ile Ultra ince renk filmleri imalatı

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

Katkıları için damlacık darbe dinamikleri ince akan sıvı filmler üzerinde dalgaların çalışmaya film denetimi

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

Moleküler ışın plazma destekli Epitaxy tarafından yetiştirilen Zn-kutup BeMgZnO/ZnO Heterostructure üzerinde Schottky diyotlar imalatı

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

Dielectric Metasturfaces tarafından eşit yoğunluklu ışın üretimi gösterimi

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

Polimer filmlerin küçültülmüş kusurlarla gözenekli substratlar üzerine aktarımı için prosedür

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