Mg3N2 및 Zn 3 N2 박막의 플라즈마 보조 분자 빔 에피택시 성장
Summary
이 문서는 질소 소스 및 광학 성장 모니터링으로 N2 가스와 플라즈마 보조 분자 빔 에피택시에 의해 MgO 기판에 Mg3N2 및 Zn3N2의 에피택시 필름의 성장을 설명합니다.
Abstract
이 문서에서는 혈장 보조 분자 빔 에피택시(MBE)에 의한 Mg3N2 및 Zn3N2 필름을 성장시키는 절차를 설명합니다. 필름은 질소 공급원으로서 N2 가스를 가진 100 방향 MgO 기판에서 성장한다. 기판 및 MBE 성장 과정을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 기판 및 필름 표면의 배향 및 결정 순서는 성장 전과 성장 중에 반사 고에너지 전자 회절(RHEED)에 의해 모니터링됩니다. 시료 표면의 반사반사도는 488 nm의 파장을 가진 Ar-ion 레이저로 성장하는 동안 측정됩니다. 수학적 모델에 반사도의 시간 의존성을 피팅함으로써, 굴절률, 광학 소멸 계수 및 필름의 성장 속도가 결정됩니다. 금속 플럭스는 석영 결정 모니터를 사용하여 삼출셀 온도의 함수로서 독립적으로 측정됩니다. 일반적인 성장 속도는 Mg3N2 및 Zn3N2 필름에 대해 각각 150°C 및 330°C의 성장 온도에서 0.028 nm/s입니다.
Introduction
II3-V2 재료는 III-V 및 II-VI 반도체 1에 비해 반도체 연구 커뮤니티에서 상대적으로주목을 받지 못한 반도체 등급이다. Mg 및 Zn 질화, Mg3N2 및 Zn3N2는풍부하고 무독성 요소로 구성되어 있어 대부분의 III-V 및 II-VI와 달리 저렴하고 재활용하기 쉽기 때문에 소비자 응용 제품에 매력적입니다. 화합물 반도체. 그들은 CaF2 구조와 유사한 반대로 빅스 바이트 결정 구조를 표시하며, 상호 침투 fcc F-sublattices 중 하나는 반 점유2,3,4,5. 그들은 모두 직접 밴드 갭 재료6,광학응용 프로그램에 적합 7,8,9. Mg3N2의 대역 갭은 가시 스펙트럼(2.5 eV)10이고,Zn3N2의 대역 갭은 근적외선(1.25 eV)11에있다. 이러한 재료의 물리적 특성과 전자 및 광학 장치 응용 분야에 대한 잠재력을 탐구하려면 고품질의 단결정 필름을 얻는 것이 중요합니다. 현재까지 이러한 물질에 대한 대부분의 작업은 반응성 스퍼터링12,13,14,15,16에의해 만들어진 분말 또는 다결정 필름에서 수행되었습니다. 17.
분자 빔 에피택시(MBE)는 깨끗한 환경과 고순도 원소 소스를 사용하여 고품질의 재료를 산출할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 단결정 화합물 반도체 필름(18)을 성장시키기 위한 잘 개발되고 다재다능한 방법입니다. 한편, MBE 의 신속한 셔터 동작은 원자층 스케일에서 필름을 변경할 수 있게 해주며 정밀한 두께 제어를 가능하게 합니다. 이 논문은 고순도 Zn 및 Mg를 증기원으로 사용하고 질소 공급원으로 N2 가스를 사용하여 혈장 보조 MBE에 의한 Mg3N2 및 Zn3N 2 에피택시 필름의 성장을 보고합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
기판의 선택과 필름의 구조 및 전자 적 특성을 최적화하는 성장 조건을 확립하는 데 다양한 고려 사항이 포함됩니다. MgO 기판은 공기 중의 고온(1000°C)에서 가열되어 표면으로부터의 탄소 오염을 제거하고 기판 표면에서 결정순서를 개선한다. 아세톤의 초음파 세척은 MgO 기판을 청소하는 좋은 대안 방법입니다.
Zn3N2 필름에 대한 (400) X선 회절 피크는 필름이 무…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 캐나다의 자연 과학 및 공학 연구 위원회에 의해 지원되었다.
Materials
| (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% |
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