Dieser Artikel beschreibt das Wachstum von epitaxialen Filmen von Mg3N2 und Zn3N2 auf MgO-Substraten durch plasmaunterstützte Molekularstrahlepitaxietaxiemit n2 Gas als Stickstoffquelle und optische Wachstumsüberwachung.
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Methodenartikel
Plasmaunterstütztes MolekularstrahlepitaxieWachstum von Mg3N2 und Zn3N2 Dünnschichten
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Dieser Artikel beschreibt ein Verfahren zum Anbau von Mg3N2 und Zn3N2-Filmen durch plasmaunterstützte Molekularstrahlepitaxietaxi (MBE). Die Folien werden auf 100 orientierten MgO-Substraten mit N2-Gas als Stickstoffquelle angebaut. Die Methode zur Herstellung der Substrate und der MBE-Wachstumsprozess werden beschrieben. Die Ausrichtung und kristalline Reihenfolge des Substrats und der Filmoberfläche werden durch die Reflexions-Hochenergieelektronenbeugung (RHEED) vor und während des Wachstums überwacht. Die Spiegelreflektivität der Probenoberfläche wird während des Wachstums mit einem Ar-Ionen-Laser mit einer Wellenlänge von 488 nm gemessen. Durch die Anpassung der Zeitabhängigkeit der Reflektivität an ein mathematisches Modell werden der Brechungsindex, der optische Aussterbekoeffizient und die Wachstumsrate des Films bestimmt. Die Metallflüsse werden unabhängig voneinander in Abhängigkeit von den Ergusszellentemperaturen mit einem Quarzkristallmonitor gemessen. Typische Wachstumsraten liegen bei Wachstumstemperaturen von 150 °C bzw. 330 °C bei Mg3N2 bzw. Zn3N2-Folien bei 0,028 nm/s.
Einleitung
Die II3-V2-Materialien sind eine Klasse von Halbleitern, die von der Halbleiterforschungsgemeinschaft im Vergleich zu III-V- und II-VI-Halbleitern relativ wenig Beachtet haben1. Die Mg- und Zn-Nitride, Mg3N2 und Zn3N2, sind für Verbraucheranwendungen attraktiv, da sie aus reichlich vorhandenen und ungiftigen Elementen bestehen, was sie im Gegensatz zu den meisten III-V und II-VI kostengünstig und leicht zu recyceln macht. Verbundhalbleitern. Sie zeigen eine Anti-Bixbyit-Kristallstruktur ähnlich der CaF 2-Struktur, wobei einer der durchdringenden fcc F-Sublattices halb ....
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Protokoll
1. MgO-Substratzubereitung
HINWEIS: Für das X3N2 (X = Zn und Mg) Dünnschichtwachstum wurden kommerzielle einseitige epipolierte (100) orientierte Einkristall-MgO-Quadratsubstrate (1 cm x 1 cm) eingesetzt.
- Hochtemperatur-Glühen
- Legen Sie den MgO auf einen sauberen Saphir-Wafer-Probenträger mit der polierten Seite nach oben in einem Ofen und neinieren Sie 9 h bei 1.000 °C. Erhöhen Sie die Temperatur über einen Zeitraum von 10 min auf 1000 °C.
HINWEIS: Hochtemperatur-Glühen entfernt Kohlenstoff von der Oberfläche und rekonstruiert die Oberflächenkristallstruktur der MgO-Einkristallsubstrate....
- Legen Sie den MgO auf einen sauberen Saphir-Wafer-Probenträger mit der polierten Seite nach oben in einem Ofen und neinieren Sie 9 h bei 1.000 °C. Erhöhen Sie die Temperatur über einen Zeitraum von 10 min auf 1000 °C.
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Ergebnisse
Das schwarze Objekt im Einset in Abbildung 5B ist ein Foto eines 200 nm Zn3N2 Dünnen Films. Ebenso ist das gelbe Objekt im Einset in Abbildung 5C ein 220 nm Mg3N2 Dünnfilm. Der gelbe Film ist insofern transparent, als er leicht lesbarer Text hinter dem Film10platziert ist.
Die Oberfläche des Substrats u.......
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Diskussion
Eine Vielzahl von Überlegungen ist bei der Auswahl der Substrate und der Festlegung der Wachstumsbedingungen, die die strukturellen und elektronischen Eigenschaften der Folien optimieren, beteiligt. Die MgO-Substrate werden bei hoher Lufttemperatur (1000 °C) erhitzt, um Kohlenstoffkontaminationen von der Oberfläche zu entfernen und die kristalline Ordnung in der Substratoberfläche zu verbessern. Die Ultraschallreinigung in Aceton ist eine gute Alternative zur Reinigung der MgO-Substrate.
Die (.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada unterstützt.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| (100) MgO | University Wafer | 214018 | einseitig epipoliertem |
| Aceton | Fisher Chemical | 170239 | 99,8% |
| Argon-Laser | Lexel Laser | 00-137-124 | 488 nm sichtbare Wellenlänge, 350 mW Ausgangsleistung |
| Chopper | Stanford-Forschungssystem | SR540 | Max. Frequenz: 3,7 kHz |
| Lock-in-Verstärker | Stanford-Forschungssystem | 37909 | DSP SR810, Max. Frequenz: 100 kHz |
| Magnesium | UMC | MG6P5 | 99.9999% |
| MBE System | VG Semicon | V80H0016-2 SHT 1 | V80H-10 |
| Methanol | Alfa Aesar | L30U027 | Semi-Grade 99,9% |
| Stickstoff | Praxair | 402219501 | 99,998% |
| Sauerstoff | Linde Gas | 200-14-00067 | > 99.9999% |
| Plasmaquelle | SVT Associates | SVTA-RF-4.5PBN | PBN, 0.11" Blende, Länge angeben: 12" – 20" |
| Si Fotodiode | Newport | 2718 | 818-UV Erweitert, 200 - 1100 nm |
| Zink | Alfa Aesar | 7440-66-6 | 99.9999% |
Referenzen
- Suda, T., Kakishita, K. Band-gap energy and electron effective mass of polycrystalline Zn3N2. Journal of Applied Physics. 99 (7), 076101.1-076101.3 (2006).
- Hu, J., Bando, Y., Zhan, J., Zhi, C., Golberg, D. Carbon nanotubes as nanoreactors for fabric....
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Nachdrucke und Genehmigungen
