Name: Плазменный молекулярный луч Эпитаксисы Рост Mg3N2 и N3N2 Тонкие пленки (Видео) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 5 s
Description: Изучите эпитаксиальный рост тонких плёнок нитрида магния и нитрида цинка методом плазменного молекулярного луча на подложках MgO с оптическим мониторингом.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Эта работа была поддержана Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады.

1. Препарат субстрата MgO
ПРИМЕЧАНИЕ: Коммерческие односторонней эпи-полированный (100) ориентированных одного кристалла MgO квадратных субстратов (1 см х 1 см) были использованы для X3N2 (X q n и Mg) тонкий рост пленки.
<ol><li>Высокая температура аннулирования<ol>
<li>Поместите MgO на чистую сапфировую пластину образца перевозчика с полированной стороны вверх в печи и anneal в течение 9 ч при 1000 градусов по Цельсию. Поднимите температуру до 1000 градусов по Цельсию в течение 10 мин. ПРИМЕЧАНИЕ: Высокая температура аннулирования удаляет углерод с поверхности и реконструирует структуру кристалла поверхности одного кристалла MgO.</li>
		<li>Охладите субстраты MgO до комнатной температуры (RT).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Очистка субстрата<ol>
<li>Соберите annealed субстраты MgO и промыть в деионизированной воде в чистом борозиликатном стеклянном стакане.</li>
		<li>Отварить субстраты MgO в 100 мл ацетона в 250 мл боросиликатного стеклянного стакана в течение 30 минут, чтобы удалить неорганическое загрязнение углерода от обработки. ПРИМЕЧАНИЕ: Обложка стакан и не позволяют ацетон варить сухой.</li>
		<li>Слейте ацетон и промыть MgO субстраты в 50 мл метанола.</li>
		<li>Blow-сухой субстраты с азотным газом, а затем хранить сухие, чистые субстраты в чистом подносе чипа.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Операция VG V80 MBE
<ol><li>Откройте охлаждающую воду для камеры подготовки, криошруд на камере роста (см. Рисунок1), клетки выпота и датчик микробаланса кристаллического микробаланса кварца.</li>
	<li>Включите лазер Ar-ion с длиной волны 488 нм. Лазерный свет привозят в камеру MBE с оптическим волокном от лазера, который находится в другой комнате.</li>
	<li>Включите отражение высокоэнергетической электронной дифракционной пушки (RHEED), радиочастотного (рф) плазменного генератора 13,56 МГц и системы микробаланса кварцевого кристалла.</li>
</ol>3. Загрузка субстрата
<ol><li>Быстрый замок входа<ol>
<li>Установите чистый субстрат MgO на держатель образца молибдена(рисунок 2A) с помощью вольфрамовых весенних зажимов.</li>
		<li>Выключите турбонасос на быстром замке входа (FEL) и выветрите камеру FEL с азотом. Откройте FEL, когда давление камеры достигнет атмосферного давления.</li>
		<li>Удалите кассету держателя сэмплина из FEL и загрузите держатель образца субстратом в кассету.</li>
		<li>Загрузите кассету обратно в FEL и включите турбонасос обратно.</li>
		<li>Подождите, пока давление в FEL упадет до 10-6 Торр.</li>
		<li>Увеличьте температуру быстрого ввода до 100 градусов по Цельсию в течение 5 минут и дегазируйте субстраты с держателями в течение 30 минут в быстром замке входа.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Убедитесь, что давление в быстром замке входа ниже 10-7 Торр перед открытием вакуумного клапана в камеру подготовки. Перенесите держатель с помощью механизма передачи вялой палочки в камеру подготовки, затем нарастите станцию дегазации до 400 градусов по Цельсию и дайте ей дегазоизвеемую передачу на 5 ч.</li>
	<li>Передача дегазированного держателя механизмом передачи тележки к манипулятору образца в камере роста. Увеличьте температуру субстрата до 750 градусов по Цельсию в течение 30 мин и дайте образцу перехиран в манипуляторе еще 30 мин. Убедитесь, что охлаждающая вода включена в криошруд, чтобы избежать перегрева криошруда.</li>
	<li>Сбросьте температуру субстрата до 150градусов по Цельсию для роста пленки 3 N2 и 330 градусов по Цельсию для роста пленки Mg3N2 с помощью термопары в манипуляторе образца для измерения температуры образца.</li>
	<li>На месте RHEED<ol>
<li>Установите напряжение на электрон пушки до 15 кВ и нити тока до 1,5 А, как только давление камеры роста ниже 1 х 10-7 Торр.</li>
		<li>Поверните держатель субстрата до 1) электронная пушка выровнена вдоль принципа кристаллографической оси субстрата и 2) ясно одиночная модель дифракции электрона одиночн.</li>
		<li>Сфотографировать шаблон RHEED и сохранить изображение.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Закройте затвор на клетке выпота и остановите поток азота. Измерьте rHEED шаблон для отложенной пленки, когда давление камеры ниже 10-7 Торр.</li>
</ol>4. Измерения потока металла
<ol><li>Используйте стандартные клетки выпота типа группы III или клетки выпота низкой температуры для Mg и N.</li>
	<li>Загрузите тигли с 15 г и 25 г высокой чистоты Мг и Зн выстрел, соответственно.</li>
	<li>Когда камера роста достигла вакуума 10-8 Торр или лучше, и перед загрузкой держателя субстрата, outgas N или Mg источник выпота клетки до 250 градусов по Цельсию на рампе скоростью 20 кс / мин и позволяют ему outgas в течение 1 ч с ставнями закрыты.</li>
	<li>После того, как субстрат был загружен в образец манипулятора, тепло N и / или Mg выпотя клетки до 350 градусов по Цельсию или 390 градусов соответственно, на рампе скорость ю10 КС / мин, и ждать 10 минут для их стабилизации с ставнями закрыты.</li>
	<li>Используйте выдвижной кварцевый кристаллический монитор для измерения металлического потока. Расположите датчик кристалла кварца перед субстратом внутри камеры. Убедитесь, что субстрат полностью покрыт детектором, чтобы ни один металл не откладывался на субстрате.</li>
	<li>Ввиньте плотность металла интереса (зн ю 7,14 г/см3,Мг 1,74 г/см3) в кварцевый кристаллический монитор (ККМ) контроллер.</li>
	<li>Чтобы откалибровать поток, откройте затвор для одного из металлических источников и позвольте ячейке выпота насение на датчике. Система ККМ преобразует свое внутреннее измерение массы в толщину.</li>
	<li>Рассчитайте элементарный поток со склона увеличивающейся толщины в зависимости от времени, показанного на ККМ. Скорость увеличения толщины в течение нескольких минут пропорциональна элементарному потоку. В двух примерах получаются поток n 0,45 нм/с и поток Mg в 1,0 нм/с.</li>
	<li>Измените температуру клеток выпота и повторите шаг 4.8, если требуется температурная зависимость потока. Измеренная температурная зависимость потока Мг и Зн показана на рисунке 3 для данной специфической системы роста.</li>
	<li>Когда измерения потока будут завершены, закройте ставни на клетках выпота и удалите датчик кристалла кварца.</li>
</ol>5. Азотная плазма
<ol><li>Выключите нити тока и высокое напряжение на RHEED пушки для предотвращения повреждений в присутствии высокого n2 газового давления в камере роста.</li>
	<li>Откройте газовый клапан на цилиндре высокого давления N 2.</li>
	<li>Медленно откройте клапан утечки медленно, пока давление азота в камере роста не достигнет 3 х 10-5-4 х 10-5 Торр.</li>
	<li>Установите мощность плазменного генератора до 300 Вт.</li>
	<li>Воспламените плазму с помощью водоспламенера на источнике плазмы. Яркое фиолетовое свечение будет видно с поля зрения, когда плазма воспламеняется, как показано на рисунке 2B.</li>
	<li>Отрегулируйте управление на коробке сопоставления rf, чтобы максимально свести к минимуму отраженную мощность. Отраженная мощность менее 15 Вт хороша; в этом случае отраженная мощность уменьшается до 12 Вт.</li>
</ol>6. На месте лазерного рассеяния света
<ol><li>Сосредоточьте нарезанный 488 нм Аргона лазерный свет, отраженный от субстрата в камере роста на Si фотодиод так, что электрический сигнал может быть обнаружен усилителем блокировки. Это достигается путем регулировки угла субстрата путем вращения держателя подставки вокруг двух осей и регулировки положения детектора Si, а затем фокусировки объектива, который собирает отраженный свет, как показано на рисунке 4.</li>
	<li>Откройте затвор одного из металлических источников.</li>
	<li>Запись зависящей от времени отражательной способностью с помощью управляемого компьютером регистратора данных. Рост эпитаксиальной пленки будет производить колеблящие отраженный сигнал со временем, связанные с тонкой пленкой оптических помех между передней и задней поверхностями пленки.</li>
	<li>Чтобы защитить пленку от окисления в воздухе, депозит инкапсуляции слоя для защиты пленки от окисления в воздухе. Это особенно важно для Mg3N2, который быстро окисляется в воздухе.</li>
	<li>Для того, чтобы депонировать слой инкапсуляции MgO, закройте азотный газ, переключитесь на кислородный газ, повторите шаг 5.3 и увеличьте давление кислорода до 1 x 10-5 Torr.</li>
	<li>Установите мощность плазменного генератора до 250 Вт и повторите шаг 5.5. Плазма начинается с более низкой энергии рф с кислородным газом, чем с азотным газом.</li>
	<li>Откройте затвор на источнике Mg и повторите шаг 6.4 для 5-10 мин. ПРИМЕЧАНИЕ: Это будет производить фильм MgO, что составляет около 10 нм толщиной. Uncapped Mg3N2 пленки желтые, но быстро исчезают до беловатого цвета в течение 20 с при воздействии воздуха. Следовательно, инкапсуляционный слой необходим, чтобы дать время для измерений на пленках, прежде чем они окисляются после удаления из вакуумной камеры.</li>
	<li>Закройте газовые клапаны, выключите лазер и снизите температуру субстрата и клеток до 25 градусов по Цельсию за 30 минут.</li>
	<li>После нескольких пробежек, оптические окна становятся покрытыметаллом металла. Удалите металл, обернув окно в алюминиевую фольгу и нагревая его отопительной лентой до 400 градусов по Цельсию и скорость температуры рампы в размере 15 градусов по Цельсию/мин или медленнее в течение выходных.</li>
</ol>7. Определение темпов роста
<ol><li>Используйте уравнение 1 ниже, чтобы описать оптическую отражательную способность образца11,19. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59415/59415eq1.jpg" style="opacity: 0.9;">(1) Где: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59415/59415eq2.jpg" style="opacity: 0.9;">(1 - a) <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59415/59415eq4.jpg" style="opacity: 0.9;">(1 - б) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59415/59415eq5.jpg" style="opacity: 0.9;">(1 - c) <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59415/59415eq6.jpg" style="opacity: 0.9;">(1 - d)</li>
	<li>И где: n2 и 1,747 является рефракционным индексом субстрата MgO на длине волны 488 нм; 0 — это угол пучка, измеряемого в отношении нормальной поверхности субстрата; и т это время. Оптические константы пленки (n1 и k1) и темпы роста получаются путем установки отражательной функции времени в Уравнении 1.</li>
</ol>

<ol><li>Suda, T., Kakishita, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Band-gap+energy+and+electron+effective+mass+of+polycrystalline+Zn3N2%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Carbon+nanotubes+as+nanoreactors+for+fabrication+of+single-crystalline+Mg3N2+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Ab+initio+band+structure+calculations+of+Mg3N2+and+MgSiN2%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics%3A+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electronic+structure+and+band+alignment+of+zinc+nitride%2C+Zn3N2%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+crystal+structures+of+Mg3N2+and+Zn3N2%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Solid-State+Chemistry%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Structural%2C+electronic%2C+optical+and+thermoelectric+properties+of+Mg3X2+%28X+%3D+N%2C+P%2C+As%2C+Sb%2C+Bi%29+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Bulletin%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electrocatalytic+zinc+composites+as+the+efficient+counter+electrodes+of+dye-sensitized+solar+cells%3A+study+on+the+electrochemical+performance+and+density+functional+theory+Calculations%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">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 & 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/pubmed?term=((Atomic+layer+deposition+of+Zn3N2+thin+films%3A+growth+mechanism+and+application+in+thin+film+transistor%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Transfer+characteristic+of+zinc+nitride+based+thin+film+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Status+Solidi+C%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Molecular+beam+epitaxy+growth+and+optical+properties+of+Mg3N2+films%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Molecular+beam+epitaxy+growth+and+optical+properties+of+single+crystal+Zn3N2+films%5BTitle%5D)+AND+%22Semiconductor+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?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%5BTitle%5D)+AND+%22Semiconductor+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Electrical+characterization+of+p-type+N-doped+ZnO+films+prepared+by+thermal+oxidation+of+sputtered+Zn3N2+films%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Comparative+study+of+electron+transport+mechanisms+in+epitaxial+and+polycrystalline+zinc+nitride+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((How+the+sputtering+process+influence+structural%2C+optical%2C+and+electrical+properties+of+Zn3N2+films%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Structural%2C+electrical+and+optical+characterization+of+as-grown+and+oxidized+zinc+nitride+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">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>Núñez, C. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+zinc+nitride+properties+and+the+unintentional+incorporation+of+oxygen%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((%28111%29-oriented+Zn3N2+growth+on+a-plane+sapphire+substrates+by+molecular+beam+epitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22Japanese+Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">(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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHeavens%2C+OS+%22Optical+properties+of+thin+solid+films%22">Optical properties of thin solid films</a>. , Butterworth, London. 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/pubmed?term=((The+vibrational+spectra+and+decomposition+of+%CE%B1-calcium+nitride+%28%CE%B1-Ca3N2%29+and+magnesium+nitride+%28Mg3N2%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Solid-State+Chemistry%22%5BJournal%5D)">The vibrational spectra and decomposition of α-calcium nitride (α-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/pubmed?term=((Closed-cycle+cooling+of+cryopanels+in+molecular+beam+epitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+Technology+B%22%5BJournal%5D)">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>

Авторам нечего раскрывать.

Разнообразие соображений связано с выбором субстратов и созданием условий роста, которые оптимизируют структурные и электронные свойства пленок. Субстраты MgO нагреваются при высокой температуре воздуха (1000 градусов по Цельсию) для удаления загрязнения углерода с поверхности и улучшения кристаллического порядка на поверхности субстрата. Ультразвуковая очистка ацетона является хорошим альтернативным методом очистки субстратов MgO.
Пик рентгеновской дифракции для пленок N3N2</s...

Материалы II3-V2 представляют собой класс полупроводников, которым уделяется относительно мало внимания со стороны научно-исследовательского сообщества полупроводников по сравнению с III-V и II-VI полупроводниками1. Мг и N нитридов, Mg3N2 и N3N2, являются привлекательными для потребительских приложений, потому что они состоят из обильных и нетоксических элементов, что делает их недорогими и легко перерабатывать в отличие от большинства III-V и II-VI составных полупроводников. Они отображают анти-биксбит кристаллструктуры похож на caF2 структуры, с одним из взаимопроникающих fcc F-сублаттики время наполовину заняты2,3,4,5. Они оба прямыематериалы разрыва полосы 6, что делает их пригодными для оптических приложений7,8,9. Разрыв полосы Mg3N2 находится в видимом спектре (2,5 эВ)10, а разрыв полосыn 3N2 находится в ближнем инфракрасном (1,25 eV)11. Для изучения физических свойств этих материалов и их потенциала для применения электронных и оптических устройств, очень важно получить высококачественные, одиночные кристаллические пленки. Большая часть работы по этим материалам на сегодняшний день была проведена на порошках или поликристаллических пленках, сделанных реактивным распылением12,13,14,15,16, 17.
Молекулярная лучевая эпитаксия (MBE) является хорошо развитым и универсальным методом выращивания однокристаллических полупроводниковых пленок18, который может дать высококачественные материалы с использованием чистой окружающей среды и высококачественных элементарных источников. Между тем, быстрое действие затвора MBE позволяет изменять пленку в масштабе атомного слоя и позволяет точно контролировать толщину. В этой статье сообщается о росте Mg3N2 и N3N2 эпитаксиальных пленок на субстратах MgO плазменными MBE, используя высокую чистоту Зн и Мг в качестве источников пара и n2 газа в качестве источника азота.

<table><tbody><tr><td>(100) Университетская</td><td>вафля</td> MgO <td>214018</td><td>односторонней эпиполированной</td></tr><tr><td>кислотой Fisher</td><td>Chemical&nbsp;</td><td>170239</td><td>99,8%</td></tr><tr><td>Аргоновый лазер</td><td>Lexel Laser</td><td>00-137-124</td><td>видимая длина волны 488 нм, выходная мощность 350 мВт</td></tr><tr><td>Чоппер&nbsp;</td><td>Стэнфордская исследовательская система&nbsp;</td><td>SR540</td><td>&nbsp;Макс. частота: 3,7 кГц&nbsp;</td></tr><tr><td>Синхронный усилитель&nbsp;</td><td>Стэнфордская исследовательская система&nbsp;</td><td>37909</td><td>DSP SR810, макс. частота: 100 кГц&nbsp;</td></tr><tr><td>Магний&nbsp;</td><td>UMC</td><td>MG6P5</td><td>99,9999%</td></tr><tr><td>MBE система</td><td>VG Semicon</td><td>V80H0016-2 SHT 1</td><td>V80H-10</td></tr><tr><td>Метанол&nbsp;</td><td>Альфа Аесар</td><td>L30U027</td><td>полуфабрикатов 99,9%</td></tr><tr><td>Азот</td><td>праксаир</td><td>402219501</td><td>99,998%</td></tr><tr><td>Кислород&nbsp;</td><td>Linde Gas</td><td>200-14-00067</td><td>> 99.9999%</td></tr><tr><td>Источник плазмы</td><td>SVT Associates</td><td>SVTA-RF-4.5PBN</td><td>PBN, апертура 0.11", укажите длину: 12" &ndash; 20"</td></tr><tr><td>Si фотодиод&nbsp;</td><td>Newport</td><td>2718</td><td>818-UV Enhanced, 200 - 1100 нм</td></tr><tr><td>цинк;</td><td>Альфа Аесар</td><td>7440-66-6</td><td>99.9999%</td></tr></tbody></table>

Плазменный молекулярный луч Эпитаксисы Рост mg3n2 и n3n2 Тонкие пленки

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

В этой статье описывается процедура для выращивания Mg3N2 и N3N2 пленки плазменной молекулярной лучей эпитаксии (MBE). Пленки выращиваются на 100 ориентированных субстратах MgO с газом N2 в качестве источника азота. Описан метод подготовки субстратов и процесс роста MBE. Ориентация и кристаллический порядок субстрата и поверхности пленки контролируются отражением высокоэнергетической дифракции электронов (RHEED) до и во время роста. При росте поверхности образца измеряется зеркальная отражательная способность с длиной волны 488 нм. Устанавливая временной зависимости отражательной способности к математической модели, определяются рефракционный индекс, оптический коэффициент вымирания и темпы роста пленки. Металлические потоки измеряются независимо как функция температуры клеток выпота с помощью кварцевого кристаллического монитора. Типичные темпы роста составляют 0,028 нм/с при температуре роста 150 градусов по Цельсию и 330 градусов по Цельсию для Mg3N2 и N3N2 соответственно.

Черный объект в вузе на рисунке 5B представляет собой фотографию, как выросли 200 нм нн3N2 тонкой пленки. Аналогичным образом, желтый объект в вузе на рисунке 5C является как выросли 220 нм Mg3N2 тонкая пленка. В желтой пленке является прозрачным до такой степени, что это легко читать текст, размещенный за фильм10.
<p class="jove_content" fo:keep-together.wit...

В этой статье описывается рост эпитаксиальных пленок Mg3N2 и N3N2 на субстратах MgO с помощью плазменной молекулярной лучейной эпитаксии с газом N2 в качестве источника азота и оптического мониторинга роста.

Плазменный молекулярный луч Эпитаксисы Рост Mg3N2 и N3N2 Тонкие пленки

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 ...

В этом видео мы показываем, как выращивать эпитаксиальные пленки нитрита магния и нитрита цинка с помощью плазменной молекулярной эпитаксии пучка, или MBE для краткости. Нитрит магния и нитрит цинка являются составным полупроводниковым материалом II-V. Это относительно неизведанный класс полупроводников.Они имеют антибиксбиитовую кристаллическую структуру, которая имеет 80 атомов в обычной ячейке блока куба. Фильмы выращиваются в системе VG V80 MBE. Горизонтальная камера слева является подготовительной камерой, а круглая камера справа – камерой роста, где происходит рост пленки.Замок входа образца, расположенный на левом конце камеры подготовки. Лучший субстрат, который мы нашли для выращивания эпитаксиального нитрита магния и нитрита цинка, это 100-ориентированный однокристаллический оксид магния. Однометровые квадратные субстраты сначала помещаются на сапфировую пластину образца носителя с полированной стороной вверх и annealed в течение девяти часов на 1000 градусов по Цельсию.Высокая температура annealing удаляет углерод с поверхности и реконструирует поверхность кристаллической структуры оксида магния одного кристаллического субстрата.После аннолирования образцы промывают в деионизированной воде, кипятят в ацетоне в течение 30 минут, чтобы удалить органическое углеродное загрязнение от обработки, затем их снова промывают метанолом и выдувывают азотом. Первым шагом в росте MBE является включить охлаждающую воду для термоядерных клеток и крио-плащаницу в камере роста. Затем мы включаем лазер мониторинга роста, источник питания RHEED, источник питания плазменного генератора РФ и систему микробаланса кварцевого кристалла.Субстраты оксида магния устанавливаются на держатели образцов молибдена диаметром три дюйма с вольфрамовыми пружинными зажимами. Первый шаг в загрузке образцов в MBE заключается в том, чтобы выключить турбо насос и вентиляционные быстрый замок входа. Кассета держателя образца удаляется из быстрой блокировки входа и новый образец загружается в кассету и кассета ставится обратно в быстрый замок входа.Турбо насос используется для эвакуации быстрого входа блокировки. Таким образом, мы обычно де-газ субстрата в быстром входе замок на 100 градусов, по Цельсию степени, в течение 30 минут. А затем перенесите его в подготовительную камеру для дезавуирования при 400 градусах Цельсия в течение пяти часов.Держатель образца де-газа передается механизмом тележки в камеру роста, где он загружается в образец манипулятора. Образец из газа в манипуляторе при 750 градусов по Цельсию в течение 30 минут. Убедитесь, что охлаждающая вода включена в крио-саване, чтобы избежать перегрева.В случае роста нитрита магния температура субстрата опускается до 330 градусов. Давление камеры роста теперь должно быть ниже 10 до минус восьми Торр. Напряжение на отражении высокой энергии электронной дифракционной пушки, или RHEED для краткости, медленно увеличивается до 15 киловольт и тока нитей нагревателя устанавливается на полтора усилителя.Держатель субстрата вращается до тех пор, пока рисунок дифракции электронов не показывает соответствие с принципиальной кристаллической графической оси субстрата и не будет виден четкий однокристаллическое изображение дифракции электронов. Стандартные клетки диффузии типа группы 3 или низко температурные диффузионные клетки используются для магния и цинка. Тигли были загружены с 15 граммов и 25 граммов высокой чистоты магния и цинка выстрел, соответственно.Клетки синтеза источника цинка и магния выходят на газ при 250 градусах в течение одного часа с закрытыми ставнями. Обычно это делается перед загрузкой субстрата в манипулятор. После загрузки субстрата мы нагреваем ячейку синтеза цинка до 350 градусов по Цельсию, а магниевую клетку до 390 градусов по Цельсию.Выдвижной кварцевый кристаллический монитор расположен перед подложком внутри камеры. Убедитесь, что субстрат полностью покрыт детектором, так что металл не откладывается на подложе. Вввечите плотность металла в контроллер монитора кварцевого кристалла, чтобы контроллер считыв толщину отложенного металла на кварцевом хрустальном датчике.Для калибровки потока мы открываем затвор на одном из металлических источников и позволяем металлическому потоку из одной из инфузионных ячеев откалиброваться на датчике. Толщина измеряется контроллером будет увеличиваться линейно со временем, как металл строит на датчике. При установке прямой линии на толщину в качестве функции времени, мы получаем точное измерение потока металла.Как только измерения потока будут завершены, закройте ставни на инфузионных клетках и убираете детектор кристаллического монитора кварца с передней части держателя образца. На этом графике показана температурная зависимость потока, который измеряется металлическим источником с помощью кварцевого кристаллического монитора. Прямые линии закреплены на отношении Аррениуса.Поток примерно удваивается для каждого 12-градусного повышения температуры источника. Выключите нитейный ток и высокое напряжение на пушке RHEED, чтобы предотвратить повреждение нити при наличии высокого давления газа азота в камере роста. Следующим шагом является запуск источника плазмы азота.Откройте газовый клапан на цилиндре высокого давления, затем медленно откройте клапан утечки до тех пор, пока давление азота в камере роста не достигнет 3-4 раз от 10 до минус пяти Торр. Затем установите мощность на 13,56 МГц RF питания до 300 Вт. Плазма началась с воспламенитель на источнике плазмы.Когда плазма началась, ярко-фиолетовое свечение видно из порта вида в задней части источника плазмы. Отрегулируйте управление на радиочастотной коробке, чтобы свести к минимуму отражающую мощность как можно больше. Отраженная мощность менее 15 Вт хороша.Сосредоточьте нарезанный 488 нанометровый аргоновый лазерный свет, отраженный от субстрата в камере роста, на силиконовый фото диод, чтобы электрический сигнал был обнаружен усилителем блокировки. Это достигается путем регулировки угла субстрата путем вращения держателя субстрата вокруг двух осей и корректировки положения силиконового детектора и фокусировки объектива, который собирает отраженный свет, как показано на этой картинке. Фильтр лазерной линии используется для блокирования всего света, за исключением 488 нанометров света от аргонового лазера.Выход диода фотографии измеряется усилителем блокировки, и этот сингл пропорционален отражательной способности поверхности субстрата. Откройте затвор одного из металлических источников. Завехать зависимую от времени отражателя с помощью управляемого компьютером регистратора данных.Рост эпитаксиальной пленки будет производить осцилляторный отраженный сигнал, связанный с тонкой пленкой оптического вмешательства между передней и задней поверхностями пленки. Когда нитритные пленки магния впервые вынули из MBE, они желтые, но быстро исчезают до беловатый цвет. Для защиты пленок от окисления и воздуха рекомендуется, чтобы инкапсуляционный слой оксида магния был отложен сверху, прежде чем принимать пленку из камеры роста, чтобы защитить пленку от окисления, когда она подвергается воздействию воздуха.Это особенно важно для нитрита магния и менее важно для нитрита цинка. Для того, чтобы от месторождения слоя инкапсуляции оксида магния, закрыть азотный газ и перейти на кислородный газ и увеличить давление кислорода до 10 до минус пяти Торр. При росте укупорки слоя мы уменьшаем мощность РФ до 250 Вт.Плазма начинается с более низкой мощности РФ с кислородом, чем с азотом. Как только кислородная плазма работает, откройте затвор на источник магния и контролировать время зависимой отражаемости в течение 10 минут. Это позволит производить пленку оксида магния, которая составляет около 10 нанометров толщиной.С помощью этого уравнения можно смоделировать оптическую отражаемость образцов. n2 является индексом преломления субстрата оксида магния на 488 нанометров, что равно 1,75. Theta naught является угол инцидента измеряется по отношению к субстрат нормально.И т это время во время процесса роста. Оптические константы пленки, n1 и k1, а также темпы роста получаются путем установки отражаемости как функции времени с уравнением. желтый квадрат является примером нитритной пленки магния, увенчаной оксидом магния, а черный квадрат – нитритной пленкой цинка.Нитрит магния желтый, потому что он имеет разрыв полосы в видимом, в то время как нитрит цинка черный, потому что это разрыв полосы инфракрасный. На рисунке слева находится рисунок дифракции электронов RHEED для голого субстрата оксида магния с выровненным электронным лучом параллельно 110-му направлению. Средняя картина - это дифракционная картина из нитритной пленки цинка, а справа - пленка из нитритной пленки магния.Эти результаты показывают, что кристаллические структуры депонированных пленок ориентированы в плоскости субстрата, как и следовало ожидать для эпитаксиальных пленок. Это показывает, что происходит с моделью дифракции электронов при повороте голого субстрата оксида магния в манипуляторе образца. На этом графике показана оптическая отражаемость как функция времени во время роста цинкового нитрита и нитритных пленок магния.При установке отражаемости в качестве функции времени на оптическую модель, вы можете извлечь индекс преломления,, коэффициент вымирания, к, и темпы роста, г, для фильмов. Отражаемость падает со временем в случае нитритных пленок магния из-за рассеяния шероховатости поверхности, которую мы математически смояли с помощью затухаемого экспоненциального. В этом видео мы показали вам, как выращивать эпитаксиальные магниевые и цинковые нитритные пленки с помощью плазменной молекулярной эпитаксии пучка.Один из наших результатов заключается в том, что измерение оптической отражательной способности образцов во время их роста является хорошим способом определения как темпов роста, так и оптических констант пленки. К сожалению, наш материал не показывает фотолюминесценции, ни при комнатной температуре, ни при низкой температуре, поэтому необходимо внести дальнейшие улучшения в качество пленки. Эксперименты в нашей лаборатории по образцам порошка дают ключ к тому, как это может быть сделано.Цинк нитрит порошки, сделанные путем реагирования цинка с аммиаком при высокой температуре показывают сильную фотолюминесценцию. Это говорит о том, что использование аммиака вместо азотного газа в качестве источника азота может быть способом сделать материал с улучшенными электронными свойствами.

plasma-assisted-molecular-beam-epitaxy-growth-mg3n2-zn3n2-thin

Research

JoVE Journal

Engineering

Инженерия

Различные процедуры описаны подготовить атомно определенные шаблоны для эпитаксиального роста сложных оксидных пленок. Химические обработки монокристаллических SrTiO 3 (001) и DyScO 3 (110) подложки были выполнены, чтобы получить атомно-гладкие, одноместные прекращено поверхности. Ca 2 Nb 3 O 10 - нанолисты были использованы для создания атомно определенные шаблоны на произвольных поверхностей.

Атомно шаблонов, для эпитаксиального роста сложного оксида тонких пленок

Представлен протокол для безпосевного и высокоурожайного роста массивов нанопроволоки висмута с помощью метода вакуумного термического выпаривания.

Без косточек Рост Висмут Nanowire массив с помощью вакуумного термического испарения

Эта работа подробно описываются процедуры для роста и характеристики кристаллического SrTiO 3 непосредственно на германиевых подложках путем осаждения атомных слоев. Процедура иллюстрирует способность все-химическим методом роста интеграции оксидов на монолитно полупроводников для полупроводниковых приборов металлооксидных.

Эпитаксиального роста перовскита титаната стронция на германии с помощью атомного слоя осаждения

Молекулярно-лучевой эпитаксии используется для расти N-полярные транзисторы InAlN барьер высокой подвижности электронов (HEMTs). Контроль подготовки пластин, условий роста слоя и структура эпитаксиальных приводит к гладкой, композиционно однородных слоев InAlN и HEMTs с подвижностью достигает 1,750 см 2 / В ∙ сек.

С помощью плазмы молекулярно-лучевой эпитаксии N-полярная InAlN-барьерные Транзисторы высокого электронно-мобильности

Мы производим металла/LaAlO3/SrTiO3 гетероструктур с помощью комбинации импульсных лазерных осаждения и в situ магнетронного распыления. Через магнитотранспортные и на месте Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия эксперименты исследуется взаимодействие между электростатического и химические явления газа квази двумерных электронов, образованная в этой системе.

Рост и электростатической/химические свойства металлов/LaAlO3/SrTiO3 гетероструктурах

Достижение высокого качества шотки контактов важно для достижения эффективной ворота модуляции в гетероструктуре полевых транзисторов (HFETs). Мы представляем изготовление методологии и характеристики диодов Шоттки на Zn Полярный BeMgZnO/ZnO гетероструктур с высокой плотности двух мерных электрона газа (2DEG), выросла при содействии плазмы Молекулярно-пучковая эпитаксия Ган шаблоны.

Производство диодов Шоттки на Zn Полярный BeMgZnO/ZnO гетероструктуры, выращенных при содействии плазмы Молекулярно-пучковая эпитаксия

Представлен протокол для графенового роста высококачественных пленок AlN на нано-узорчатом сапфировом субстрате.

Графен-помощник Квази-ван дер Ваальс Эпитакси из AlN фильм на нано-узорчатый сапфир субстрат для ультрафиолетового света излучающих диодов

Молекулярного пучка связана с перестраиваемой вакуумного ультрафиолета фотоионизации масс-спектрометра на синхротроне предоставляет удобный инструмент для исследования электронной структуры изолированного газовой фазы молекул и кластеров. Протон механизмы передачи в димеры оснований ДНК были выяснены с этой техникой.

Молекулярная масс-спектрометрии ширина с перестраиваемой вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) синхротронного излучения

Мы описываем технику nanomoulding, которая позволяет недорогим нано структурирования функциональных материалов, материалов трубы и полный устройств. Nanomoulding могут быть выполнены на любом nanoimprinting установки и может быть применен к широкому спектру материалов и процессов осаждения.

Nanomoulding функциональных материалов, Универсальный дополнительный метод репликации Шаблон для Nanoimprinting

Техника диффузионных градиентов в тонких пленках (DGT) предлагается видообразования исследований плутония. Этот протокол описывает диффузии эксперименты зондирования поведение Ри (IV) и Pu (V) в присутствии органического вещества. DGTs развернуты в карстовой весной позволяют оценку биодоступности Pu.

Видообразования и биодоступности Измерения окружающей среды плутонием диффузия в тонких пленках

Изучите эпитаксиальный рост тонких плёнок нитрида магния и нитрида цинка методом плазменного молекулярного луча на подложках MgO с оптическим мониторингом.

Плазменный молекулярный луч Эпитаксисы Рост Mg₃N₂ и N₃N₂ Тонкие пленки

Больше видео