Denna artikel beskriver tillväxten av epitaxiell filmer av mg3n2 och Zn3n2 på MgO substrat av plasma-Assisted molekylstråle epitaxyen med N2 gas som kvävekälla och optisk tillväxt övervakning.
I denna artikel beskrivs ett förfarande för odling av mg3n2 och Zn3n2 filmer med plasma-Assisted molekylstråle epitaxyen (MBE). Filmerna odlas på 100 orienterade MgO substrat med N2 gas som kvävekälla. Metoden för att bereda substrat och MBE tillväxtprocess beskrivs. Orienteringen och den crystalline beställer av substraten, och filma ytbehandlar övervakas av reflexionen kick energi elektrondiffraktion (RHEED) för och under tillväxt. Prov ytans speglande reflektivitet mäts under tillväxt med en ar-Ion-laser med en våglängd på 488 nm. Genom att montera tid beroendet av reflektivitet till en matematisk modell, brytningsindex, optisk utrotning koefficient, och tillväxttakten i filmen bestäms. Metall flödena mäts självständigt som en funktion av utgjutning cell temperaturer med hjälp av en kvartskristall Monitor. Typiska tillväxttakten är 0,028 nm/s vid tillväxt temperaturer på 150 ° c och 330 ° c för mg3n2 och Zn3n2 filmer, respektive.
II3-v2 -materialen är en klass av halvledare som har fått relativt lite uppmärksamhet från halvledar forskarsamfundet jämfört med III-v och II-vi halvledare1. Mg och Zn nitrider, mg3n2 och Zn3n2, är attraktiva för konsumentapplikationer eftersom de består av rikligt och giftfria element, vilket gör dem billiga och lätta att återvinna till skillnad från de flesta III-V och II-vi sammansatta halvledare. De visar en anti-bixbyite kristallstruktur som liknar CaF2 struktur, med en av de interpenetrerande FCC F-sublattices är halva ockuperade2,3,4,5. De är både direkta band gap material6, vilket gör dem lämpliga för optiska tillämpningar7,8,9. Bandet gap av mg3n2 är i det synliga spektrumet (2,5 EV)10, och bandet gap av Zn3N2 är i nära-infraröd (1,25 EV)11. För att utforska de fysikaliska egenskaperna hos dessa material och deras potential för elektroniska och optiska applikationer, är det viktigt att få högkvalitativa, enkla kristall filmer. Det mesta arbetet med dessa material hittills har utförts på pulver eller polykristallina filmer gjorda av reaktiv sputtring12,13,14,15,16, 17.
Molekylär balk epitaxyen (MBE) är en väl utvecklad och mångsidig metod för att odla Single-Crystal sammansatta halvledar filmer18 som har potential att ge högkvalitativa material med hjälp av en ren miljö och hög renhet elementärt källor. Samtidigt, MBE snabb slutare åtgärder möjliggör förändringar i en film på atomlager skala och möjliggör exakt tjocklek kontroll. Detta dokument rapporterar om tillväxten av mg3n2 och Zn3n2 epitaxiell filmer på MgO substrat av plasma-Assisted MBE, med hög renhet Zn och mg som ång källor och N2 gas som kvävekälla.
En mängd olika överväganden är involverade i valet av substrat och upprättande av tillväxtförhållanden som optimerar de strukturella och elektroniska egenskaperna hos filmerna. MgO-substrat värms vid hög temperatur i luft (1000 ° c) för att avlägsna kol förorening från ytan och förbättra den kristallina ordningen i substrat ytan. Ultraljudsrengöring i aceton är ett bra alternativ metod för att rengöra MgO-substrat.
Den (400) röntgen diffraktions topp för Zn3N<…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av naturvetenskapliga och tekniska forskningsrådet i Kanada.
(100) MgO | University Wafer | 214018 | one side epi-polished |
Acetone | Fisher Chemical | 170239 | 99.8% |
Argon laser | Lexel Laser | 00-137-124 | 488 nm visible wavelength, 350 mW output power |
Chopper | Stanford Research system | SR540 | Max. Frequency: 3.7 kHz |
Lock-in amplifier | Stanford Research system | 37909 | DSP SR810, Max. Frequency: 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% |
Nitrogen | Praxair | 402219501 | 99.998% |
Oxygen | Linde Gas | 200-14-00067 | > 99.9999% |
Plasma source | SVT Associates | SVTA-RF-4.5PBN | PBN, 0.11" Aperture, Specify Length: 12" – 20" |
Si photodiode | Newport | 2718 | 818-UV Enhanced, 200 – 1100 nm |
Zinc | Alfa Aesar | 7440-66-6 | 99.9999% |