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प्लाज़्मा-असिस्टेड आण्विक बीम इपिटैक्सी वृद्धि की वृद्धि मघ3छ2 तथा द द3छ2 पतली फिल्में
Chapters
Summary May 11th, 2019
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यह आलेख वर्णन करता है कि च्3छ2 तथा द द3छ2 की अधिअक्षीय फिल्मों की वृद्धि, प्जो पर प्जो उपस्थैत्य द्वारा प्यूज ण् 2 नाइट्रोजन स्रोत तथा प्रकाशिक वृद्धि निगरानी के रूप में छ2 गैस के साथ आण्विक किरण पुस् तककास द्वारा किया गया है।
Transcript
इस वीडियो में, हम दिखाते हैं कि प्लाज्मा-असिस्टेड मॉलिक्यूलर बीम एपिटैक्सी, या एमबीई द्वारा मैग्नीशियम नाइट्राइट और जिंक नाइट्राइट की एपिटैक्सियल फिल्मों को कम करने के लिए कैसे विकसित किया जाए। मैग्नीशियम नाइट्राइट और जिंक नाइट्राइट II-V यौगिक अर्धचालक सामग्री हैं। यह अर्धचालकों का अपेक्षाकृत बेरोज़गार वर्ग है ।
इनमें एंटी-बिक्सबाइट क्रिस्टल स्ट्रक्चर होता है, जिसमें ट्रेडिशनल क्यूब यूनिट सेल में 80 परमाणु होते हैं। फिल्मों को एक वीजी V80 MBE प्रणाली में उगाया जाता है । बाईं ओर क्षैतिज कक्ष तैयारी कक्ष है और दाईं ओर गोल कक्ष विकास कक्ष है जहां फिल्म का विकास होता है।
नमूना प्रवेश ताला, तैयारी कक्ष के बाएं हाथ के छोर पर स्थित है। एपिटैक्सियल मैग्नीशियम नाइट्राइट और जिंक नाइट्राइट उगाने के लिए हमने जो सबसे अच्छा सब्सट्रेट पाया है वह 100-उन्मुख एकल क्रिस्टल मैग्नीशियम ऑक्साइड है। एक सेंटीमीटर वर्ग सब्सट्रेट्स को पहले पॉलिश साइड अप के साथ नीलम वेफर नमूना वाहक पर रखा जाता है और 1, 000 डिग्री पर नौ घंटे के लिए एनील्ड किया जाता है। उच्च तापमान एनीलिंग सतह से कार्बन को हटा देता है और मैग्नीशियम ऑक्साइड एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट्स की सतह क्रिस्टल संरचना को पुनर्निर्मित करता है।
एनीलिंग के बाद, नमूनों को डिओनाइज्ड पानी में धोया जाता है, हैंडलिंग से किसी भी कार्बनिक कार्बन संदूषण को हटाने के लिए 30 मिनट के लिए एसीटोन में उबाला जाता है, फिर उन्हें मेथनॉल में फिर से धोया जाता है और नाइट्रोजन के साथ सूखा उड़ा दिया जाता है। एमबीई ग्रोथ में पहला कदम फ्यूजन सेल और ग्रोथ चैंबर में क्रायो-कफन के लिए कूलिंग वॉटर को चालू करना है । फिर हम विकास निगरानी लेजर, RHEED बिजली की आपूर्ति, आरएफ प्लाज्मा जनरेटर बिजली की आपूर्ति, और क्वार्ट्ज क्रिस्टल माइक्रो बैलेंस सिस्टम पर बारी है ।
मैग्नीशियम ऑक्साइड सब्सट्रेट्स को टंगस्टन स्प्रिंग क्लिप के साथ तीन इंच व्यास मोलिब्डेनम नमूना धारकों पर रखा जाता है। MBE में नमूनों लोड करने में पहला कदम टर्बो पंप बंद करने के लिए और तेजी से प्रवेश ताला वेंट है । सैंपल होल्डर कैसेट को फास्ट एंट्री लॉक से हटा दिया जाता है और कैसेट में लोड किया गया नया सैंपल और कैसेट को वापस फास्ट एंट्री लॉक में डाल दिया जाता है ।
टर्बो पंप का उपयोग तेजी से प्रवेश लॉक को खाली करने के लिए किया जाता है। तो हम आम तौर पर 30 मिनट के लिए १०० डिग्री, सेल्सियस डिग्री पर तेजी से प्रवेश ताला में सब्सट्रेट डी-गैस । और फिर, इसे पांच घंटे के लिए ४०० सेल्सियस डिग्री पर डी-गैसिंग के लिए तैयारी कक्ष में स्थानांतरित करें ।
डी-गैस नमूना धारक को एक ट्रॉली तंत्र द्वारा विकास कक्ष में स्थानांतरित किया जाता है जहां इसे नमूना जोड़तोड़ में लोड किया जाता है। नमूना 30 मिनट के लिए ७५० डिग्री सेल्सियस पर जोड़तोड़ में बाहर है । सुनिश्चित करें कि ठंडा पानी ओवरहीटिंग से बचने के लिए क्रायो कफन में चालू है।
मैग्नीशियम नाइट्राइट वृद्धि के मामले में, सब्सट्रेट का तापमान 330 डिग्री तक नीचे पहुंच जाता है। ग्रोथ चैंबर प्रेशर अब 10 से नीचे माइनस आठ टोर होना चाहिए । प्रतिबिंब उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन बंदूक, या कम करने के लिए RHEED पर वोल्टेज धीरे-धीरे 15 किलोवोल्ट तक बढ़ जाता है और फिलामेंट हीटर वर्तमान डेढ़ amps पर सेट किया जाता है।
सब्सट्रेट धारक को तब तक घुमाया जाता है जब तक इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न सब्सट्रेट के सिद्धांत क्रिस्टल ग्राफिक अक्ष के साथ संरेखण दिखाता है और एक स्पष्ट एकल-क्रिस्टल इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न दिखाई देता है। मानक समूह तीन प्रकार प्रसार कोशिकाओं या कम तापमान प्रसार कोशिकाओं मैग्नीशियम और जस्ता के लिए उपयोग किया जाता है। क्रूसिबल क्रमशः 15 ग्राम और 25 ग्राम उच्च शुद्धता मैग्नीशियम और जिंक शॉट से भरे हुए थे ।
जिंक और मैग्नीशियम स्रोत संलयन कोशिकाओं को एक घंटे के लिए २५० डिग्री पर बाहर गैसों के साथ उनके शटर बंद कर रहे हैं । आम तौर पर यह जोड़तोड़ में सब्सट्रेट लोड करने से पहले किया जाता है। सब्सट्रेट लोड होने के बाद हम जिंक फ्यूजन सेल को ३५० डिग्री सी तक और मैग्नीशियम सेल को ३९० डिग्री C तक गर्म करते हैं । फ्यूजन कोशिकाओं को शटर खोलने से पहले उनके ऑपरेटिंग तापमान पर 10 मिनट के लिए स्थिर करने की अनुमति है ।
वापस लेने योग्य क्वार्ट्ज क्रिस्टल मॉनिटर कक्ष के अंदर सब्सट्रेट के सामने तैनात है। सुनिश्चित करें कि सब्सट्रेट डिटेक्टर द्वारा पूरी तरह से कवर किया गया है, ताकि सब्सट्रेट पर कोई धातु जमा न हो। क्वार्ट्ज क्रिस्टल मॉनिटर नियंत्रक में धातु के घनत्व इनपुट, ताकि नियंत्रक क्वार्ट्ज क्रिस्टल सेंसर पर जमा धातु की मोटाई बाहर पढ़ सकते हैं।
प्रवाह को जांचने के लिए, हम धातु स्रोतों में से एक पर शटर खोलते हैं और सेंसर पर जमा करने के लिए जलसेक सेल में से एक से धातु प्रवाह की अनुमति देते हैं। नियंत्रक द्वारा मापा मोटाई समय के साथ रैखिक रूप में वृद्धि के रूप में धातु सेंसर पर बनाता है । समय के एक समारोह के रूप में मोटाई के लिए एक सीधी रेखा फिटिंग द्वारा, हम धातु प्रवाह का एक सटीक माप प्राप्त करते हैं ।
एक बार फ्लक्स माप पूरा हो जाने के बाद, जलसेक कोशिकाओं पर शटर बंद करें और नमूना धारक के सामने से क्वार्ट्ज क्रिस्टल मॉनिटर डिटेक्टर को वापस लें। यह ग्राफ एक प्रवाह के तापमान निर्भरता को दर्शाता है कि धातु स्रोत को क्वार्ट्ज क्रिस्टल मॉनिटर के साथ मापा जाता है। सीधी रेखाएं एक एरेनियस रिलेशन के लिए तय की जाती हैं ।
प्रवाह स्रोत तापमान में हर 12 डिग्री की वृद्धि के लिए लगभग दोगुना हो जाता है। विकास कक्ष में उच्च नाइट्रोजन गैस दबाव की उपस्थिति में फिलामेंट को नुकसान को रोकने के लिए फिलामेंट करंट और रीद गन पर हाई वोल्टेज बंद कर दें। अगला कदम नाइट्रोजन प्लाज्मा स्रोत शुरू करना है।
हाई प्रेशर सिलेंडर पर गैस वॉल्व खोलें, फिर धीरे-धीरे लीक वॉल्व खोलें जब तक ग्रोथ चैंबर में नाइट्रोजन का प्रेशर माइनस पांच टोर तक तीन से चार गुना 10 तक नहीं पहुंच जाता। फिर 13.56 मेगाहर्ट्ज आरएफ बिजली आपूर्ति पर 300 वाट पर बिजली सेट करें। प्लाज्मा प्लाज्मा स्रोत पर एक प्रज्वलित के साथ शुरू किया जाता है।
जब प्लाज्मा शुरू हो गया है, प्लाज्मा स्रोत के पीछे दृश्य बंदरगाह से एक उज्ज्वल बैंगनी चमक दिखाई देता है । जितना संभव हो चिंतनशील शक्ति को कम करने के लिए रेडियो फ्रीक्वेंसी मिलान बॉक्स पर नियंत्रण को समायोजित करें। 15 वाट से कम की परावर्तित शक्ति अच्छी है ।
कटे हुए 488 नैनोमीटर वेवलेंथ आर्गन लेजर लाइट को सिलिकॉन फोटो डायोड पर ग्रोथ चैंबर में सब्सट्रेट से परावर्तित करें, ताकि लॉक-इन एम्पलीफायर द्वारा एक विद्युत संकेत का पता लगाया जा सके। यह सब्सट्रेट के कोण को दो अक्षों के आसपास घुमाकर और सिलिकॉन डिटेक्टर की स्थिति को समायोजित करके और इस चित्र में दिखाए गए प्रतिबिंबित प्रकाश को एकत्र करने वाले लेंस को समायोजित करके पूरा किया जाता है। आर्गन लेजर से 488 नैनोमीटर लाइट को छोड़कर सभी लाइट को ब्लॉक करने के लिए लेजर लाइन फिल्टर का इस्तेमाल किया जाता है।
फोटो डायोड आउटपुट को लॉक-इन एम्पलीफायर के साथ मापा जाता है और यह सिंगल सब्सट्रेट की सतह की परावर्तन के आनुपातिक है। धातु के स्रोतों में से एक का शटर खोलें। कंप्यूटर नियंत्रित डेटा लॉगर के साथ समय निर्भर परावर्तन रिकॉर्ड करें।
एक एपीटैक्सियल फिल्म के विकास से फिल्म के सामने और पीछे की सतहों के बीच पतली फिल्म ऑप्टिकल हस्तक्षेप से जुड़े एक आदोलनीय परिलक्षित संकेत का उत्पादन होगा । जब मैग्नीशियम नाइट्राइट फिल्मों को पहली बार एमबीई से बाहर निकाला जाता है, तो वे पीले होते हैं, लेकिन जल्दी से एक सफेद रंग में फीका हो जाते हैं। फिल्मों को ऑक्सीकरण और हवा से बचाने के लिए यह सिफारिश की जाती है कि फिल्म को ग्रोथ चैंबर से बाहर ले जाने से पहले शीर्ष पर मैग्नीशियम ऑक्साइड की एक एनकैप्सुलेशन लेयर जमा की जाए ताकि फिल्म को हवा के संपर्क में आने पर ऑक्सीकरण से बचाया जा सके ।
यह मैग्नीशियम नाइट्राइट के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है और जिंक नाइट्राइट के लिए कम महत्वपूर्ण है। मैग्नीशियम ऑक्साइड एनकैप्सुलेशन लेयर जमा करने के लिए नाइट्रोजन गैस को बंद कर ऑक्सीजन गैस पर स्विच करें और ऑक्सीजन के दबाव को 10 से माइनस पांच टोर तक बढ़ा दें । कैपिंग लेयर की ग्रोथ के दौरान हम आरएफ पावर को घटाकर 250 वॉट कर देते हैं।
प्लाज्मा नाइट्रोजन की तुलना में ऑक्सीजन के साथ एक कम आरएफ शक्ति पर शुरू होता है । एक बार ऑक्सीजन प्लाज्मा चल रहा है, मैग्नीशियम स्रोत पर शटर खोलने के लिए और 10 मिनट के लिए समय निर्भर परावर्तन की निगरानी । यह एक मैग्नीशियम ऑक्साइड फिल्म का उत्पादन करेगा जो लगभग 10 नैनोमीटर मोटी है।
नमूनों की एक ऑप्टिकल परावर्तन इस समीकरण के साथ मॉडलिंग की जा सकती है। n2 488 नैनोमीटर पर मैग्नीशियम ऑक्साइड सब्सट्रेट के अपवर्तन का सूचकांक है, जो 1.75 के बराबर है। थीटा नॉट घटना का कोण है जो सब्सट्रेट सामान्य के संबंध में मापा जा रहा है।
और टी विकास प्रक्रिया के दौरान समय है । फिल्म के ऑप्टिकल कॉन्स्टेंपंस, n1 और k1, और विकास दर समीकरण के साथ समय के एक समारोह के रूप में परावर्तन फिटिंग द्वारा प्राप्त कर रहे हैं । पीला वर्ग मैग्नीशियम नाइट्राइट फिल्म का एक उदाहरण है जो मैग्नीशियम ऑक्साइड से ढका हुआ है और ब्लैक स्क्वायर एक जिंक नाइट्राइट फिल्म है।
मैग्नीशियम नाइट्राइट पीला है क्योंकि इसमें दृश्यमान में बैंड गैप होता है, जबकि जिंक नाइट्राइट काला होता है क्योंकि यह बैंड गैप इन्फ्रारेड होता है। बाईं ओर की तस्वीर 110 दिशा के समानांतर गठबंधन इलेक्ट्रॉन बीम के साथ एक नंगे मैग्नीशियम ऑक्साइड सब्सट्रेट के लिए RHEED इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न है। बीच की तस्वीर जिंक नाइट्राइट फिल्म से डिफेक्शन पैटर्न है और दाईं ओर की तस्वीर मैग्नीशियम नाइट्राइट फिल्म से है ।
इन परिणामों से पता चलता है कि जमा फिल्मों की क्रिस्टल संरचनाएं सब्सट्रेट के विमान में उन्मुख होती हैं जैसा कि हम एपिटैक्सियल फिल्मों के लिए उम्मीद करेंगे। इससे पता चलता है कि जब आप सैंपल मैनिपुलेटर में नंगे मैग्नीशियम ऑक्साइड सब्सट्रेट को घुमाते हैं तो इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न का क्या होता है । यह ग्राफ जिंक नाइट्राइट और मैग्नीशियम नाइट्राइट फिल्मों के विकास के दौरान ऑप्टिकल रिफ्लेक्टिविटी को समय के एक समारोह के रूप में दिखाता है।
ऑप्टिकल मॉडल के लिए समय के एक समारोह के रूप में परावर्तन फिटिंग करके, आप अपवर्तन, एन, विलुप्त होने गुणांक, कश्मीर, और विकास दर, जी, फिल्मों के लिए सूचकांक निकाल सकते हैं । सतह खुरदरापन बिखरने के कारण मैग्नीशियम नाइट्राइट फिल्मों के मामले में समय के साथ परावर्तन गिरता है, जिसे हमने गणितीय रूप से एक नम घातीय द्वारा मॉडलिंग की। इस वीडियो में हमने आपको प्लाज्मा असिस्टेड मॉलिक्यूलर बीम एपिटैक्सी द्वारा एपिटैक्सियल मैग्नीशियम और जिंक नाइट्रेट फिल्मों को विकसित करने का तरीका दिखाया है ।
हमारे परिणामों में से एक यह है कि नमूनों की ऑप्टिकल परावर्तन को मापने के दौरान वे बढ़ने के लिए एक अच्छा तरीका है दोनों विकास दर और फिल्म के ऑप्टिकल स्थिरांक निर्धारित है । दुर्भाग्य से, हमारी सामग्री ने फोटोल्यूमिनेसेंस नहीं दिखाया, या तो कमरे के तापमान पर या कम तापमान पर, इसलिए फिल्म की गुणवत्ता में और सुधार करने की आवश्यकता है। पाउडर के नमूनों पर हमारी प्रयोगशाला में प्रयोग यह कैसे किया जा सकता है के लिए एक सुराग प्रदान करते हैं ।
उच्च तापमान पर अमोनिया के साथ जिंक प्रतिक्रिया द्वारा किए गए जिंक नाइट्राइट पाउडर मजबूत फोटोल्यूमिनेसेंस दिखाते हैं। यह पता चलता है कि नाइट्रोजन स्रोत के रूप में नाइट्रोजन गैस के बजाय अमोनिया का उपयोग करने के लिए एक तरह से बेहतर इलेक्ट्रॉनिक गुणों के साथ सामग्री बनाने के लिए हो सकता है ।
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