לחץ אטמוספירי ייצור של פתיתי בשכבה יחידה מדוד גדול מלבני SnSe

פרוטוקול מוצג הפגינו טכניקה ייצור שני שלבים לגדול גדול בגודל בשכבה יחידה SnSe בצורת מלבנית פתיתי בעלות נמוכה SiO₂/Si דיאלקטרים ופלים בכל מערכת תנור קוורץ לחץ אטמוספירי שפופרת.

המטרה הכוללת של השיטה הסינתטית לשילוב טכניקת שקיעת הובלת אדים ושיטת תחריט חנקן במערכת לחץ אטמוספרי היא להדגים ייצור של חומרים חד-שכבתיים איכותיים וגדולים על מצעים דיאלקטריים. שיטה זו מספקת מבנה כללי לגידול קווים דו מימדיים בגודל של חומרים חד-שכבתיים, כגון פח גופרתי, גרמניום סלניד ואינדיום טלריד. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן לגדל פתיתים חד-שכבתיים בגודל גדול על דיאלקטרי סיליקון דו חמצני סיליקון בעלות נמוכה בטכניקת שקיעת הובלת אדים ושיטת תחריט חנקן במערכת לחץ אטמוספרי.

ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על ייצור של חומרים דו-ממדיים אחרים מכיוון ששיטת תחריט החנקן המגבילה את עצמה יכולה להועיל ליצירת שכבות בודדות בשניהם. הרעיון לשיטה זו עלה לי לראשונה כאשר ביצעתי גידול של טונגסטן דיסלניד, פח סלניד, ייצור גבוה תחת אטמוספירת חנקן וגיליתי שחנקן חורט את החומר. ראשית, הגדר את טמפרטורת היעד של תנור צינור אופקי ל -560 מעלות צלזיוס למשך שעה והפעל את התנור.

כאשר הטמפרטורה מתקרבת ל-560 מעלות צלזיוס, לחץ על מקש ההגדרה למשך שתי שניות. ברגע שהפרמטר HAL"צץ, לחץ על מקש ההגדרה למשך שנייה אחת כדי לעבור לפרמטר הבא. המשך ללחוץ על מקש ההגדרה.

לאחר שקונט שווה לשלוש"מופיע, הגדר אותו כשניים. המערכת מפעילה את פונקציית הכוונון האוטומטי כדי לחשב את הערך עבור Int, Pro ו- LT, ולאחר מכן המערכת תעבור לשלוש. כאשר יש צורך בכוונון אוטומטי מחדש, הגדר אותו כשניים.

מקם סירת קרמיקה חדשה בתוך צינור קוורץ חדש בקוטר אינץ' אחד. הנח את צינור הקוורץ בתוך תנור הצינור האופקי המכיל צינור קוורץ חדש בקוטר שני אינץ'. ודא ששני קצוות הצינורות קבועים ונתמכים היטב.

סגור את מכסה התנור וחמם את תנור הצינור ל -1000 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. לאחר שמירה על התנור בטמפרטורה של 1000 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות, העבר בהדרגה את תנור הצינור מקצה אחד למשנהו כדי לחמם את כל אורך הצינור לניקוי דופן צינור הקוורץ וסירת הקרמיקה. לאחר מכן, אפשר לתנור הצינור להתקרר לטמפרטורת החדר על ידי כיבוי התנור.

כאשר התנור קריר, פתח את מכסה התנור והוציא את סירת הקרמיקה וצינור קוורץ בקוטר סנטימטר אחד, שניתן להשתמש בו לניסויים הבאים. בעזרת כותב יהלומים, חותכים פרוסת סיליקון דו חמצנית לדגימות בגודל 1.5 על שני סנטימטרים, שישמשו כמצעי גידול. נקה את מצעי הסיליקון באצטון, איזופרופנול ומים.

לאחר מכן יבש את המצעים בחנקן. מניחים 0.01 גרם אבקת סלניד פח בסירת הקרמיקה הנקייה. הנח מצע סיליקון דו חמצני נקי על סירת הקרמיקה, צד הגידול פונה לאבקת סלניד הפח.

לאחר מכן מקם את סירת הקרמיקה בתוך צינור הקוורץ הנקי בקוטר אינץ' אחד. הנח את צינור הקוורץ בקוטר אינץ' אחד בתוך תנור הצינור האופקי המכיל צינור קוורץ בקוטר שני אינץ' מבחוץ, וודא שסירת הקרמיקה ממוקמת במעלה הזרם של אזור החימום של תנור הצינור. הדק את האוגנים בשני קצוות הצינור וסגור את שסתום האוורור כדי לאטום את צינור הקוורץ בקוטר שני אינץ'.

כעת הפעל את המשאבה שמתחברת לצינור הקוורץ ושאב את הצינור ללחץ של בערך פעם 10 למינוס שני מיליבר, כדי להסיר אוויר ולחות בצינור. לאחר מכן, פתח את שסתומי הגז המובילים, באמצעות מד זרימת הגז כדי לשלוט בזרימת הגז. הכניסו 40 sccm ארגון ו-10 sccm מימן לצינור הקוורץ עד להשגת לחץ אטמוספרי.

לאחר מכן פתח את שסתומי האוורור כדי לאפשר זרימה רציפה של גז לצינורות הקוורץ. סגור את מכסה התנור וחמם במהירות את תנור הצינור בקצב חימום של 35 מעלות צלזיוס לדקה. כאשר הטמפרטורה במרכז התנור מתקרבת ל-700 מעלות צלזיוס, הזז במהירות את תנור הצינור כדי למקם את אבקת סלניד הפח במרכז הכבשן, כדי לאדות את האבקה ולהפקיד פתיתים בתפזורת על משטח הסיליקון הדו-חמצני.

לאחר זמן גידול של 15 דקות, פתח את מכסה התנור כדי לקרר במהירות את תנור הצינור לטמפרטורת החדר. בינתיים, למקסם את זרימת הגז הנושא ארגון-מימן כדי לעזור לדחוף את הגז והחלקיקים הלא מגיבים החוצה מהצינורות. עם השלמת תהליך הגידול, יתקבלו פתיתי סלניד פח בתפזורת על פני מצעי הסיליקון הדו-חמצני.

הנח את הדגימה בתפזורת כפי שגדלה עם הפנים כלפי מעלה על סירת קרמיקה חדשה ונקייה. מקם את סירת הקרמיקה בתוך צינור קוורץ חדש ונקי בקוטר סנטימטר אחד. הנח את צינור הקוורץ בקוטר אינץ' אחד בתוך תנור הצינור האופקי, המכיל צינור קוורץ בקוטר שני אינץ', כאשר סירת הקרמיקה ממוקמת במעלה הזרם של אזור החימום של תנור הצינור.

הדק את האוגנים בשני קצוות הצינור וסגור את שסתום האוורור כדי לאטום את צינור הקוורץ בקוטר שני אינץ'. לאחר מכן, הפעל את המשאבה שמתחברת לצינור הקוורץ ושאב את הצינור ללחץ של בערך פעם 10 פחות שני מיליבר, כדי להסיר אוויר ולחות בצינור. ואז כבה את המשאבה.

פתח את שסתומי הגז המובילים, באמצעות מד זרימת הגז כדי לשלוט בזרימת הגז. הכניסו 50 sccm חנקן לצינור הקוורץ עד להשגת לחץ אטמוספרי. פתח את שסתומי האוורור כדי לאפשר זרימה רציפה של גז בצינורות הקוורץ.

לאחר מכן, סגור את מכסה התנור וחמם במהירות את תנור הצינור ל -700 מעלות צלזיוס תוך 20 דקות. כאשר הטמפרטורה במרכז התנור מתקרבת ל-700 מעלות צלזיוס, הזז במהירות את תנור הצינור כדי למקם את הדגימה בתפזורת במרכז הכבשן, תוך שמירה על התנור על 700 מעלות צלזיוס למשך כחמש עד 20 דקות להשלמת תהליך התחריט. לאחר מכן, פתח את מכסה התנור כדי לקרר במהירות את תנור הצינור לטמפרטורת החדר.

בינתיים, מקסם את זרימת גז החנקן כדי לעזור לדחוף את הגז והחלקיקים הלא מגיבים החוצה מהצינורות. לבסוף, שימו לב לפתיתי סלניד פח בצורת מלבני חד-שכבתיים המתקבלים על פני מצעי הסיליקון הדו-חמצני. תמונות מיקרוסקופיה אופטית של פתיתי סלניד פח בתפזורת וחד-שכבתית מוצגות כאן.

הנתזים מלבניים בערך, עם מידות של 30 על 50 מיקרומטר הגדלים באופן אקראי על מצעי הסיליקון הדו-חמצני. תמונת AFM של פתית סלניד פח בתפזורת חשפה משטח שטוח בעובי של 54.9 ננומטר. הנתזים המלבניים הדקים במיוחד היו בעובי של 6.8 אנגסטרום, קרוב לערך התיאורטי של סלניד בדיל חד-שכבתי.

הצורה והממדים של פתיתי סלניד פח בתפזורת ושכבה אחת שנצפו על ידי SEM תואמים את תמונות המיקרוסקופיה האופטית. ספקטרום ה-EDX מראה יחס אטומי של 1 ל-0.92 של בדיל וסלניד בדגימה בתפזורת. תמונת TEM של שבר סלניד הפח המועבר מוצגת כאן.

דפוס עקיפה אלקטרונים של האזור שנבחר של שבר סלניד פח חד-שכבתי מציג דפוס עקיפה סימטרי אורתוגונלי, המצביע על כך שהדגימה היא חד-גבישית בטבעה. תמונת ה-TEM ברזולוציה גבוהה של שבר סלניד הפח המועבר מציגה שני שולי סריג אורתוגונליים מהמישור האפס שלילי אחד ואפס שלילי אחד שלילי אחד. הזווית בין שולי הסריג היא כ-86.5 מעלות, התואמת למבנה גבישי אורתורומבי.

לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך כשעתיים וחצי אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להבטיח תנועה מהירה של התנור למיקום המדויק של אתר ההפעלה וכי תהליך התחריט נעשה תחת אטמוספירת חנקן. בעקבות הליך זה, ניתן לייצר חומרים אחרים כמו בדיל גופרתי וגליום סלניד על מנת לחקור את התכונות הייחודיות של חומרים אלה.

טכניקה זו יכולה לסלול את הדרך לחוקרים בתחום סינתזת חומרים דו-ממדיים לחקור את מנגנון הצמיחה והתחריט של חומרים חד-שכבתיים אלה במערכת לחץ אטמוספרי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר חומרים חד-שכבתיים באמצעות טכניקת תצהיר הובלת אדים ושיטת תחריט חנקן לאחר מכן במערכת לחץ אטמוספרי.