الضغط الجوي تصنيع رقائق سنسي مستطيلة طبقة واحدة كبيرة الحجم

الهدف العام للطريقة الاصطناعية المتمثلة في الجمع بين تقنية ترسيب نقل البخار وطريقة نقش النيتروجين في نظام الضغط الجوي هو إثبات تصنيع مواد أحادية الطبقة عالية الجودة وكبيرة الحجم على ركائز عازلة. توفر هذه الطريقة بنية عامة لنمو خطوط ثنائية الأبعاد بحجم المواد أحادية الطبقة ، مثل كبريتيد القصدير وسيلينيد الجرمانيوم وتيليرايد الإنديوم. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن زراعة رقائق أحادية الطبقة كبيرة الحجم على عوازل السيليكون ثاني أكسيد السيليكون منخفضة التكلفة باستخدام تقنية ترسيب نقل البخار وطريقة نقش النيتروجين في نظام الضغط الجوي.

تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية نحو تصنيع مواد أخرى ثنائية الأبعاد لأن طريقة نقش النيتروجين ذاتية الحد يمكن أن تكون مفيدة لتكوين طبقات مفردة على كليهما. خطرت لي فكرة هذه الطريقة لأول مرة عندما أجريت نمو ثاني سيلينيد التنغستن ، سيلينيد القصدير ، الإنتاج العالي تحت الغلاف الجوي للنيتروجين ووجدت أن النيتروجين يحفر المادة. أولا ، اضبط درجة الحرارة المستهدفة لفرن الأنبوب الأفقي على 560 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة وقم بتشغيل الفرن.

عندما تقترب درجة الحرارة من 560 درجة مئوية ، اضغط على مفتاح الضبط لمدة ثانيتين. بمجرد أن تنبثق المعلمة HAL"، اضغط على مفتاح التعيين لمدة ثانية واحدة للانتقال إلى المعلمة التالية. استمر في الضغط على مفتاح الضبط.

بعد أن يكون Cont يساوي ثلاثة "، قم بتعيينه على أنه اثنين. يبدأ النظام وظيفة الضبط التلقائي لحساب قيمة Int و Pro و LT ، ثم سينتقل النظام إلى ثلاثة. عند الحاجة إلى إعادة الضبط التلقائي ، قم بتعيينه على قسمين.

ضع قاربا خزفيا جديدا داخل أنبوب كوارتز جديد بقطر بوصة واحدة. ضع أنبوب الكوارتز داخل فرن الأنبوب الأفقي الذي يحتوي على أنبوب كوارتز جديد بقطر بوصتين. تأكد من أن طرفي الأنابيب ثابتان ومدعومان بإحكام.

أغلق غطاء الفرن وقم بتسخين فرن الأنبوب إلى 1000 درجة مئوية على مدار 30 دقيقة. بعد الحفاظ على الفرن عند 1000 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة ، حرك فرن الأنبوب تدريجيا من طرف إلى آخر لتسخين طول الأنبوب بالكامل لتنظيف جدار أنبوب الكوارتز والقارب الخزفي. بعد ذلك ، اترك فرن الأنبوب يبرد إلى درجة حرارة الغرفة عن طريق إيقاف تشغيل الفرن.

عندما يبرد الفرن ، افتح غطاء الفرن وأخرج القارب الخزفي وأنبوب الكوارتز الذي يبلغ قطره بوصة واحدة ، والذي يمكن استخدامه في التجارب اللاحقة. باستخدام كاتب الماس ، قم بتقطيع رقاقة السيليكون ثاني أكسيد السيليكون إلى عينة 1.5 × سنتيمترين ، لاستخدامها كركائز للنمو. نظف ركائز السيليكون في الأسيتون والأيزوبروبانول والماء.

ثم جفف الركائز بالنيتروجين. ضع 0.01 جرام من مسحوق السيلينيد القصدير في قارب السيراميك النظيف. ضع ركيزة نظيفة من السيليكون ثاني أكسيد السيليكون على قارب السيراميك ، بحيث يكون جانب النمو مواجها لمسحوق السيلينيد القصدير.

ثم ضع القارب الخزفي داخل أنبوب الكوارتز النظيف بقطر بوصة واحدة. ضع أنبوب الكوارتز بقطر بوصة واحدة داخل فرن الأنبوب الأفقي الذي يحتوي على أنبوب كوارتز بقطر بوصتين من الخارج ، وتأكد من أن القارب الخزفي يقع في اتجاه المنبع من منطقة تسخين فرن الأنبوب. شد الشفاه في طرفي الأنبوب وأغلق صمام التهوية لإغلاق أنبوب الكوارتز الذي يبلغ قطره بوصتين.

الآن قم بتشغيل المضخة التي تتصل بأنبوب الكوارتز وضخ الأنبوب إلى ضغط واحد في 10 إلى سالب ملليبار ناقص اثنين ، لإزالة الهواء والرطوبة في الأنبوب. بعد ذلك ، افتح صمامات الغاز الناقل ، باستخدام مقياس تدفق الغاز للتحكم في تدفقات الغاز. أدخل 40 sccm الأرجون و 10 sccm الهيدروجين في أنبوب الكوارتز حتى يتم تحقيق الضغط الجوي.

ثم افتح صمامات التهوية للسماح بالتدفق المستمر للغاز في أنابيب الكوارتز. أغلق غطاء الفرن وقم بتسخين فرن الأنبوب بسرعة بمعدل تسخين 35 درجة مئوية في الدقيقة. عندما تقترب درجة الحرارة في مركز الفرن من 700 درجة مئوية ، حرك فرن الأنبوب بسرعة لوضع مسحوق سيلينيد القصدير في وسط الفرن ، لتبخر المسحوق وترسيب رقائق سائبة على سطح السيليكون ثاني أكسيد السيليكون.

بعد 15 دقيقة من وقت النمو ، افتح غطاء الفرن لتبريد فرن الأنبوب بسرعة إلى درجة حرارة الغرفة. وفي الوقت نفسه ، قم بزيادة تدفق الغاز الناقل للأرجون والهيدروجين إلى أقصى حد للمساعدة في إخراج الغاز والجزيئات غير المتفاعلة من الأنابيب. عند اكتمال عملية النمو ، سيتم الحصول على رقائق سيلينيد القصدير السائبة على سطح ركائز السيليكون ثاني أكسيد السيليكون.

ضع العينة السائبة المزروعة ووجهها لأعلى على قارب خزفي جديد ونظيف. ضع القارب الخزفي داخل أنبوب كوارتز جديد ونظيف قطره بوصة واحدة. ضع أنبوب الكوارتز بقطر بوصة واحدة داخل فرن الأنبوب الأفقي ، والذي يحتوي على أنبوب كوارتز بقطر بوصتين ، مع وجود القارب الخزفي في اتجاه المنبع من منطقة تسخين فرن الأنبوب.

شد الشفاه في طرفي الأنبوب وأغلق صمام التهوية لإغلاق أنبوب الكوارتز الذي يبلغ قطره بوصتين. بعد ذلك ، قم بتشغيل المضخة التي تتصل بأنبوب الكوارتز وضخ الأنبوب إلى ضغط واحد تقريبا في 10 ناقص ملليبار ، لإزالة الهواء والرطوبة في الأنبوب. ثم قم بإيقاف تشغيل المضخة.

افتح صمامات الغاز الحاملة باستخدام مقياس تدفق الغاز للتحكم في تدفقات الغاز. أدخل 50 sccm نيتروجين في أنبوب الكوارتز حتى يتحقق الضغط الجوي. افتح صمامات التهوية للسماح بالتدفق المستمر للغاز في أنابيب الكوارتز.

بعد ذلك ، أغلق غطاء الفرن وقم بتسخين الفرن الأنبوبي بسرعة إلى 700 درجة مئوية في 20 دقيقة. عندما تقترب درجة الحرارة في مركز الفرن من 700 درجة مئوية ، حرك فرن الأنبوب بسرعة لوضع العينة السائبة في وسط الفرن ، مع الحفاظ على الفرن عند 700 درجة مئوية لمدة خمس إلى 20 دقيقة تقريبا لإكمال عملية النقش. بعد ذلك ، افتح غطاء الفرن لتبريد فرن الأنبوب بسرعة إلى درجة حرارة الغرفة.

وفي الوقت نفسه ، قم بتعظيم تدفق غاز النيتروجين للمساعدة في إخراج الغاز والجزيئات غير المتفاعلة من الأنابيب. أخيرا ، لاحظ رقائق سيلينيد القصدير المستطيلة الشكل أحادية الطبقة التي تم الحصول عليها على سطح ركائز السيليكون ثاني أكسيد السيليكون. يتم عرض صور الفحص المجهري البصري لرقائق سيلينيد القصدير السائبة وحيدة الطبقة هنا.

الرقائق مستطيلة الشكل تقريبا ، بأبعاد 30 × 50 ميكرومتر تنمو بشكل عشوائي على ركائز السيليكون ثاني أكسيد السيليكون. كشفت صورة AFM لقشرة سيلينيد القصدير السائبة عن سطح مستو بسمك 54.9 نانومتر. يبلغ سمك الرقائق المستطيلة فائقة الرقة 6.8 أنجستروم ، وهو ما يقترب من القيمة النظرية لسيلينيد القصدير أحادي الطبقة.

يتفق شكل وأبعاد رقائق السيلينيد السائبة وأحادية الطبقة التي لاحظها SEM مع صور الفحص المجهري البصري. يظهر طيف EDX نسبة ذرية من واحد إلى 0.92 من القصدير والسيلينيد في العينة السائبة. تظهر هنا صورة TEM لجزء سيلينيد القصدير المنقول.

نمط حيود الإلكترون في المنطقة المحددة لجزء سيلينيد القصدير أحادي الطبقة نمط حيود متماثل متعامد ، مما يشير إلى أن العينة أحادية البلورة بطبيعتها. تظهر صورة TEM عالية الدقة لجزء سيلينيد القصدير المنقول هامشين شبكيين متعامدين من مستوى صفر سالب واحد وصفر سالب واحد سالب واحد. تبلغ الزاوية بين الأطراف الشبكية حوالي 86.5 درجة ، وهو ما يتوافق مع بنية بلورية تقويم العظام.

بمجرد إتقانها ، يمكن القيام بهذه التقنية في حوالي ساعتين ونصف إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر ضمان الحركة السريعة للفرن إلى الموقع الدقيق لموقع التشغيل وأن عملية النقش تتم تحت جو من النيتروجين. باتباع هذا الإجراء ، يمكن تصنيع مواد أخرى مثل كبريتيد القصدير وسيلينيد الغاليوم من أجل دراسة الخصائص الفريدة لهذه المواد.

يمكن لهذه التقنية أن تمهد الطريق للباحثين في مجال تخليق المواد ثنائية الأبعاد لاستكشاف آلية نمو وحفر المواد أحادية الطبقة في نظام الضغط الجوي. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع مواد أحادية الطبقة عبر تقنية ترسيب نقل البخار وطريقة حفر النيتروجين اللاحقة في نظام الضغط الجوي.