Atomi rétegleválasztással készített oxidrétegek készítése és minősítése
Date: 2016
Subject: szakdolgozat
kémia alapszak
atomi rétegleválasztás
Szervetlen Kémiai Tanszék
ALD
kémia alapszak
atomi rétegleválasztás
Szervetlen Kémiai Tanszék
ALD
Abstract:
A dolgozatomban bemutatásra került egy kémiai gázfázisú eljárás, az atomi rétegleválasztás, amely egy alkalmas technika vékonyrétegek készítésére. A szakdolgozatomban megvizsgáltam, hogyan befolyásolja a leválasztási hőmérséklet és a gallium-adalékolás a cink-oxid vékonyrétegek tulajdonságait, valamint azt, hogy az ezzel a technikával készített gallium-oxid rétegek kristályszerkezetében milyen változások figyelhetőek meg hőkezelés hatására.
Két leválasztási hőmérsékleten, 200 °C és 250 °C-on vizsgáltam az elkészített filmek tulajdonságait. A rétegvastagság-mérések (fotolitográfiával, spektroszkópiai ellipszometriával) eredményeiből megállapítható, hogy a leválasztási hőmérséklet elsősorban a rétegek egy ciklus alatt bekövetkező növekedését befolyásolja. Az AFM-mel készült mérésekből kiderült, hogy ez a paraméter hatással van a réteg felületi morfológiájára is, ugyanis a magasabb hőmérsékleten leválasztott rétegekben több és nagyobb méretű szemcse található, a szemcsék orientáltsága jól látható. A Hall-méréssel a rétegek elektromos tulajdonságait vizsgáltam, illetve azok változását az adalékolás mértékével. A Ga-adalékolás befolyásolja a rétegnövekedés sebességét, továbbá hatással van a rétegek elektromos tulajdonságaira, javítja a rétegek vezetőképességét. Ez azonban csak egy bizonyos határon belül igaz, mert a túlzott mértékű adalékolás a kristályszerkezet teljes deformációját okozza. A 250 °C-on készített minták jobb elektromos tulajdonságokat mutattak, mert nagyobb töltéshordozó-koncentrációval rendelkeznek. Az elvégzett mérésekből megállapítható, hogy az optimális adalékoltság, azaz ahol a rétegek a legkedvezőbb tulajdonságokkal, a legjobb vezetőképességgel rendelkeznek, a 3 %-os adalékoltság.
Továbbá kísérleteket végeztem Ga2O3 vékonyrétegekkel is. Megvizsgáltam, milyen változások hozhatók létre hőkezeléssel a rétegek kristályszerkezetében. A nitrogén atmoszférában való 3 órás 900 °C-os hőkezelés után a rétegben megjelent a monoklin
β-gallium-oxid kis krisztallitok formájában, ezt az elvégzett XRD-vizsgálat megerősítette, a SEM-képeken jól látszanak.
Abstract:
Atomic layer deposition is a modern thin film deposition method based on the pulse-like introduction of the precursors into the vacuum chamber. This deposition method has great benefits such as low growth temperature and easy controllability of the Ga-doping concentration. For this work I deposited Ga2O3 and a series of ZnO thin films with varying Ga concentrations at 200 °C and 250 °C.
This work focuses on low temperature deposited GZO films. The thicknesses of the samples were measured by using spectroscopy ellipsometery and photolitography. The growth rate is bigger at the 200 °C deposited thin films. The microstructure and morphology of the Ga-doped ZnO films were examined with X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM), while the electrical properties were measured by Hall measurement. The structural properties were investigated by XRD. The XRD spectra showed all the layers were oriented (0 0 2) and polycrystalline, and the AFM measurements showed that the Ga-doping increased the crystalline size of the layers. According to the Hall measurements we observed that the GZO films have n-type conductivity. With the Ga doping the carrier concentration increased. We observed that there is a correlation of the deposition temperature, the carrier concentration and the structure of the films.
Ga2O3 films can be deposited by ALD. According to the XRD measurements atomic layer deposited gallium-oxide films are amorphous, but after a 3h thermal annealing we observed that a crystallisation started in the films. In the XRD spectra we investigated monoclinic β-Ga2O3 phase. The morphology of the layers were investigated by scanning electron microscopy and atomic force microscopy.
Files in this item
Name: Medveczky Zsófia Szakdolgozat.pdf
Size: 2.424Mb
Format: PDF
