Atomi rétegleválasztással készített oxidrétegek készítése és minősítése

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.