Crescita Epitaxy del fascio molecolare assistita dal plasma di Mg3N2 en 3N2 Thin Films
Summary
Questo articolo descrive la crescita delle pellicole epitassiali di Mg3N2 e n3N2 sui substrati MgO mediante epitassia molecolare assistita da plasma con gas N2 come fonte di azoto e monitoraggio della crescita ottica.
Abstract
Questo articolo descrive una procedura per la coltivazione di pellicole Mg3N2 e N2 n da epitassoia del fascio molecolare assistita da plasma (MBE). I film sono coltivati su 100 substrati MgO orientati con gas N2 come fonte di azoto. Vengono descritti il metodo per preparare i substrati e il processo di crescita MBE. L’orientamento e l’ordine cristallino del substrato e della superficie della pellicola sono monitorati dalla diffrazione degli elettroni ad alta energia di riflessione (RHEED) prima e durante la crescita. La riflettività speculare della superficie del campione viene misurata durante la crescita con un laser Ar-ion con una lunghezza d’onda di 488 nm. Adattando la dipendenza temporale della riflettività a un modello matematico, vengono determinati l’indice di rifrazione, il coefficiente di estinzione ottica e il tasso di crescita del film. I flussi metallici sono misurati in modo indipendente in funzione delle temperature delle cellule di effusione utilizzando un monitor a cristalli di quarzo. I tassi di crescita tipici sono pari a 0,028 nm/s a temperature di crescita rispettivamente di 150 e 330 gradi centigradi per i film Mg3N2 e n3N2.
Introduction
I materiali II3-V2 sono una classe di semiconduttori che hanno ricevuto relativamente poca attenzione da parte della comunità di ricerca dei semiconduttori rispetto ai semiconduttori III-V e II-VI1. I nitrati mg e n, Mg3N2 e n3N2, sono attraenti per le applicazioni dei consumatori perché sono composti da elementi abbondanti e non tossici, rendendoli poco costosi e facili da riciclare a differenza della maggior parte III-V e II-VI semiconduttori composti. Mostrano una struttura cristallina anti-bixbyite simile alla struttura CaF 2, con uno dei sublattici fcc F interpenetranti semi-occupati2,3,4,5. Sono entrambi materiali digap banda diretta6, che li rende adatti per applicazioni ottiche7,8,9. Il gap di banda di Mg3N2 è nello spettro visibile (2,5 eV)10, e il divario di banda di n3N2 è nel vicino infrarosso (1,25 eV)11. Per esplorare le proprietà fisiche di questi materiali e il loro potenziale per le applicazioni di dispositivi elettronici e ottici, è fondamentale ottenere pellicole a cristalli singoli di alta qualità. La maggior parte dei lavori su questi materiali è stata effettuata su polveri o pellicole policristalline realizzate da sputtering reattivi12,13,14,15,16, 17.
L’episale molecolare (MBE) è un metodo ben sviluppato e versatile per la crescita di pellicole semiconduttori composti monocristalli18 che hanno il potenziale per produrre materiali di alta qualità utilizzando un ambiente pulito e fonti elementali ad alta purezza. Nel frattempo, l’azione rapida dell’otturatore MBE consente modifiche a una pellicola su scala atomica e consente un controllo preciso dello spessore. Questo documento riporta la crescita delle pellicole epitassiali Mg3N2 e n3N2 sui substrati MgO da MBE assistiti dal plasma, utilizzando l’alta purezza di N e Mg come fonti di vapore e gas N2 come fonte di azoto.
Protocol
Representative Results
Discussion
Una varietà di considerazioni è coinvolta nella scelta dei substrati e nello stabilire le condizioni di crescita che ottimizzano le proprietà strutturali ed elettroniche dei film. I substrati MgO vengono riscaldati ad alta temperatura nell’aria (1000 gradi centigradi) per rimuovere la contaminazione da carbonio dalla superficie e migliorare l’ordine cristallino nella superficie del substrato. La pulizia ad ultrasuoni in acetone è un buon metodo alternativo per pulire i substrati MgO.
Il pi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal Natural Sciences and Engineering Research Council del Canada.
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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