I denne artikel beskrives væksten af epitaksiale film af mg3n2 og Zn3n2 på MgO-substrater ved hjælp af plasma-assisteret molekyle stråle cellen med N2 -gas som nitrogen kilde og optisk vækst overvågning.
I denne artikel beskrives en procedure for dyrkning af mg3n2 -og Zn3n2 -film ved hjælp af plasma-assisteret molekyl stråle cellen (MBE). Filmene dyrkes på 100-orienterede MgO-substrater med N2 -gas som nitrogen kilde. Metoden til klargøring af substrater og MBE-vækstprocessen beskrives. Den retning og krystallinske orden af substrat og film overflade overvåges af refleksion høj energi elektron diffraktion (RHEED) før og under vækst. Prøve fladens spekulære reflektivitet måles under vækst med en AR-ion-laser med en bølgelængde på 488 nm. Ved at tilpasse tids afhængigheden af reflektivitet til en matematisk model bestemmes brydningsindekset, den optiske ekstinktionskoefficient og filmens væksthastighed. Metal flusmidler måles uafhængigt som en funktion af effusion celle temperaturerne ved hjælp af en kvarts krystal Monitor. Typiske vækstrater er 0,028 nm/s ved vækst temperaturer på 150 °C og 330 °C for henholdsvis mg3n2 og Zn3n2 film.
II3-v2 -materialerne er en klasse af halvledere, der har fået relativt lidt opmærksomhed fra halvleder FORSKNINGSSAMFUNDET sammenlignet med III-v og II-vi-halvledere1. Mg og Zn nitrides, mg3n2 og Zn3n2, er attraktive for forbrugeranvendelser, fordi de er sammensat af rigelige og ikke-giftige elementer, hvilket gør dem billige og nemme at genbruge i MODSÆTNING til de fleste III-V og II-vi sammensatte halvledere. De viser en anti-bixbyite krystalstruktur svarende til CaF2 struktur, med en af de interpenetratering FCC F-sublattices er halvt besat2,3,4,5. De er begge direkte band Gap materialer6, hvilket gør dem egnede til optiske applikationer7,8,9. Bånd hullet på mg3n2 er i det synlige spektrum (2,5 EV)10, og bånd afstanden på Zn3n2 er i den nær-infrarøde (1,25 EV)11. For at udforske de fysiske egenskaber af disse materialer og deres potentiale for elektroniske og optiske enheder applikationer, er det afgørende at opnå høj kvalitet, enkelt krystal film. Det meste arbejde med disse materialer til dato er blevet udført på pulvere eller polykrystallinske film fremstillet af reaktive spruttende12,13,14,15,16, 17.
Molecular Beam cellen (MBE) er en veludviklet og alsidig metode til dyrkning af Single-Crystal sammensatte halvleder film18 , der har potentiale til at give materialer af høj kvalitet ved hjælp af et rent miljø og høj renhed elementært kilder. I mellemtiden, MBE hurtigudløser handling muliggør ændringer i en film på atomlag skala og giver mulighed for præcis tykkelse kontrol. Dette papir rapporterer om væksten af mg3n2 og Zn3n2 epitaksiale film på MgO substrater af plasma-assisteret MBE, ved hjælp af høj renhed Zn og mg som dampkilder og N2 gas som nitrogen kilde.
En række overvejelser er involveret i valget af substrater og etablering af vækstbetingelser, der optimerer de strukturelle og elektroniske egenskaber af filmene. MgO-substrater opvarmes ved høj temperatur i luft (1000 °C) for at fjerne kulstof forurening fra overfladen og forbedre krystallinsk orden i substrat overfladen. Ultralyd rengøring i acetone er en god alternativ metode til at rense MgO substrater.
(400) X-ray diffraktion peak for Zn3N2 film blev fundet at v…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af Canadas naturvidenskabs-og ingeniør Forskningsråd.
(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% |