I Konferencja. InTechFun

Transkrypt

1 I Konferencja Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych InTechFun 9 kwietnia 2010 r., Warszawa POIG /08

2 InTechFun Pakiet zadaniowy: PZ1. Nowe Materiały Lider: ITE Partnerzy: IF PAN, PŚl Czas trwania: M1 M54 Zadanie: Z1.3. Charakteryzacja materiałów Lider: PŚl-2 Partnerzy: ITE, IF PAN

3 Z1.3 Cele Charakteryzacja cienkich warstw ZnO wyhodowanych techniką magnetronowego rozpylania katodowego na róŝnych podłoŝach; Charakteryzacja cienkich warstw przezroczystych tlenków wyhodowanych techniką magnetronowego rozpylania katodowego na róŝnych podłoŝach; Charakteryzacja warstw GaN wyhodowanych techniką MBE na podłoŝu Si; SprzęŜenie zwrotne z technologią wzrostu ZnO i innych przezroczystych tlenków oraz GaN w celu zoptymalizowania procedur wytwarzania tych materiałów.

4 Raport roczny z realizacji zadania Z1.3. Charakteryzacja materiałów Technologia i charakteryzacja cienkich warstw przezroczystych materiałów tlenkowych Jacek Szuber Instytut Elektroniki Politechnika Śląska Gliwice Grupa badawcza PSl-2

5 Z1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki Zakres przeprowadzonych badań: 1. Charakteryzacja cienkich warstw ZnO wyhodowanych techniką magnetronowego rozpylania katodowego na róŝnych podłoŝach - metoda TPD-MS 2. Optymalizacja technologii osadzania cienkich warstw przezroczystych tlenków: L-CVD SnO 2, oraz RGT(V)O SnO 2

6 Z 1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki 1. Charakteryzacja cienkich warstw ZnO wyhodowanych techniką magnetronowego rozpylania katodowego na róŝnych podłoŝach Obiekty: cienkie warstwy ZnO osadzone na podłoŝu szafirowym wygrzewanym przed procesem osadzania w 800 C, 20 min. w przepływie O 2. Metoda: Temperaturowo-programowana desorpcja ze spektrometrią masową (TPD-MS) Aparatura: wielozadaniowa instalacja technol.-badawcza bwp w Centrum CESIS Politechniki Śląskiej w Gliwicach wyposaŝona m.in. w spektrometr masowy RGA100 firmy Stanford (USA), oraz zasilacz grzania próbki z układem sterowania liniowym narostem jej temperatury Cel badań: określenie składników gazów desorbowanych z cienkich warstw ZnO na podstawie analizy widm masowych w trakcie liniowego narostu temperatury próbki

7 Z1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki Wyniki: przykładowe widmo TPD-MS dla cienkiej warstwy ZnO (124) w zakresie C

8 Z1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki Wyniki: temperatura desorpcji głównych składników gazów z cienkich warstw ZnO osadzonych w róŝnych warunkach technologicznych zakres temperatury: C Próbka/technologia Temperatura desorpcji wybranych gazów wg. maks. piku masowego [ C] Symbol Technologia Grubość (nm) H2 H2O N2 CO2 122 Metal Zn/Ar+30% O Ceram. ZnO/Ar Ceram.ZnO/Ar+30%O Wnioski: - niekontrolowany wpływ szafiru (pojemność cieplna, desorpcja róŝnych przypadkowych gazów) - warstwy 122 i dominuje desorpcja gazów resztkowych z powierzchni warstw (~ 200 C) - warstwa dominuje desorpcja H2 i H2O z samej warstwy (temp. powyŝej ~ 300 C.

9 Z 1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki 2. Optymalizacja technologii osadzania nanowarstw SnO 2 metodą L-CVD Obiekty: bardzo cienkie warstwy (nanowarstwy) SnO 2 o(~20 nm) osadzone metodą (L-CVD) na: - atomowo czystym podłoŝu Si przygotowanym metodą wygrzewania próŝniowego (PH) - atomowo czystym podłoŝu SiO 2 oczyszczonym metodą bombardowania jonowego Warstwy wykonane przy współpracy z Centrum ENEA, Frascati (Włochy). Metody: Rentgenowska spektroskopia fotoelektronowa (XPS) Mikroskopia sił atomowych (AFM) Aparatura: instalacje technologiczno-badawcza bwp w Centrum ENEA, oraz w Centrum CESIS wyposaŝone m.in. w spektrometry XPS; niezaleŝny dostęp do mikroskopu AFM w Centrum CASTI Uniwersytetu L Aquila, Włochy Nanoscope E (DI, USA) Cel badań: określenie wpływ technologii przygotowania podłoŝy Si na właściwości chemiczne oraz morfologie powierzchni nanowarstw L-CVD SnO 2 - znaczenie dla dalszych badań nanowarstw przezroczystych tlenków przewodzących

10 Z 1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki Wyniki: skład chemiczny powierzchni nanowarstw L-CVD SnO 2 osadzonych na: - a.c. podłoŝu Si oczyszczonych metodą PH - a.c. podłoŝu SiO 2 oczyszczonym metodą IB Kontrola XPS - przykładowe okna widmowe XPS Analiza ilościowa widm XPS (procedura ASF): nanowarstwy L-CVD SnO 2 osadzone na obu podłoŝach wykazują identyczne właściwości chemiczne silna niestechiometria, względna koncentracja [O]/[Sn ~ 1.3. Poprawa niestechiometrii po zapowietrzeniu, oraz po wygrzaniu w suchym powietrzu względna koncentracja [O]/[Sn wzrasta odpowiednio do ~ 1.55, oraz 1.85.

11 Z1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki Wyniki: morfologia powierzchni nanowarstw L-CVD SnO 2 Kontrola AFM - przykładowe obrazy AFM - warstwa na a.c. podłoŝu Si otrzymanych metodą PH - warstwa na a.c. podłoŝu SiO 2 oczyszczonym metodą IB Analiza ilościowa obrazów AFM: (procedura WSxM): Średnia chropowatość (RMS): - warstwa na a.c. podłoŝu Si po PH 0.38 nm - warstwa na a.c. podłoŝu SiO 2 po IB 0.65 nm przyczyna: zwiększona chropowatość podłoŝa SiO 2 oczyszczonego metodą IB Publikacja: M.Kwoka, L.Ottawiano, N.Waczynska, S.Santucci, J.Szuber: Appl.Surf.Sci. - DOI: /japsusc

12 Z1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki 3. Optymalizacja technologii osadzania cienkich warstw SnO 2 metodą RGT(V)O Wcześniejsze badania własne: Obiekty: cienkie warstwy SnO 2 o grubości w przedziale nm osadzone metodą wzrostu reotaksjalnego warstw Sn na naturalnych podłoŝach Si w temp. 265 C z dodatkowym utlenianiem termicznym w temp. 600 C (RGTO). Podstawowe cechy (ograniczenia): - słaba niestechiometria - względna konc. [O]/[Sn ~ niepowtarzalna morfologia powierzchni - puste przestrzenie - struktury prawie fraktalne (przykładowy obraz SEM) Publikacja: L.Ottaviano, M.Kwoka,, J.Szuber Thin Solid Films 517 (2009) 6161

13 Z1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki Nowy kierunek badań własnych: optymalizacja technologii RGTO RGVO: Idea: osadzanie nanowarstw Sn metodą wzrostu reotaksjalnego na czystym podłoŝu Si lub podłoŝu Si RCA, a następnie utlenianie próŝniowe (in situ) w komorze osadzania Aparatura: wielozadaniowa instalacja technologiczno-badawcza bwp w Centrum CESIS Pol. Śląskiej l w Gliwicach wyposaŝona m.in. w: - komorę oczyszczania podłoŝy - komorę osadzania warstw tlenkowych - spektrometr XPS firmy SPECS (Niemcy) NiezaleŜnie dostęp do mikroskopu AFM model NANOSCOPE E firmy DI (USA) w Centrum CASTI Uniwersytetu L Aquila (Włochy) Metody: Rentgenowska spektroskopia fotoelektronowa (XPS) Mikroskopia sił atomowych (AFM)

14 Z1.3 Charakteryzacja materiałów NajwaŜniejsze wyniki Cel : optymalizacja warunków osadzania nanowarstw Sn przed ich utlenianiem próŝniowym kontrola właściwości chemicznych i morfologii powierzchni Wyniki: właściwości chemiczne nanowarstw Sn na podłoŝu RCA Si (czystość, pokrycie) - kontrola XPS: moŝliwość osadzania nanowarstw na podłoŝu Si z czystym tlenkiem próŝniowym (bez zan. C) morfologia powierzchni nanowarstw Sn osadzanych na podłoŝu RCA Si: kontrola AFM: obrazy warstwa Sn na podłoŝu w RT warstwa Sn na podłoŝu Si 265 C (opt.dla RGTO) Analiza ilościowa - procedura WSxM: - warstwy Sn osadzone na podłoŝu RCA Si - morfologia wyspowa zaleŝna od T podłoŝa Si; w 265 C warstwy Sn - prawie płaskie; ziarna ~ 40 nm!; średnia chropowatość (RMS~0.4 nm)!

15 Z1.3 Charakteryzacja materiałów Plany / kamienie milowe 1. Charakteryzacja cienkich warstw ZnO (MRK) na róŝnych podłoŝach Kontynuacja badań: kontrola właściwości chemicznych warstw (współpraca z ITE) 2. Optymalizacja technologii osadzania cienkich warstw SnO 2 metodą RGVO Kontynuacja badań osadzania nanowarstw Sn na podłoŝu Si RCA - optymalizacja morfologii Optymalizacja warunków utleniania próŝniowego nanowarstw Sn do stechiometrycznego SnO 2 kontrola procesu: XPS i AFM 3. Profilowanie jonowe XPS materiałów (Z1.3) i struktur (Z2.7) - inwestycja aparaturowa (Z7.2) montaŝ szeregowej instalacji technologicznobadawczej opartej na tramwaju próŝniowym

16 Wykonane prace: Z6.1 Promocja i rozpowszechnianie wyników Upowszechnianie informacji o projekcie i moŝliwościach wykorzystania jego wyników Przygotowanie publikacji naukowych na bazie wyników uzyskanych przy realizacji projektu Włączanie wiedzy o wynikach projektu w programy kształcenia Uzyskane wyniki: Przygotowanie gablotki własnej projektu na korytarzu Instytutu Fizyki Politechniki Śląskiej Przygotowanie zestawu podstawowych informacji o projekcie, oraz zadań i roli grupy badawczej PSl-2 na stronie internetowej ZMiB IE PŚl w Gliwicach Realizacja 1 pracy inŝynierskiej, oraz 2 prac magisterskich w ramach zadań Z1.3 i Z7.2 Włączenie wyników badań projektu do programu wykładu specjalistycznego pn. Metody badawcze mikroelektroniki na X sem. studiów kier. Elektronika i Telekomunikacja, oraz do programu wykładu specjalistycznego pn. Zaawansowane technologie nanoelektroniki na Studiach Doktoranckich kier. Elektronika i Telekomunikacja Pol. Śląskiej w Gliwicach.

17 Wykonane prace: Z7.2 Inwestycje aparaturowe / zakup działa jonowego Przeprowadzenie procedur przetargowych do zakupu elementów instalacji róŝnicowego działa jonowego IQE12/38 do profilowania jonowego metodą XPS, w tym: - systemu pompowania/kontroli bwp: pompy śrubowej TriScroll 300, pompy turbo V550, dwukanałowego próŝniomierza TPG262 z głowicami, oraz pułapki wilgoci FL20K - magistrali próŝniowej z kątowymi zaworami próŝniowymi typu L oraz L do pompowania róŝnicowego gazu roboczego Ar - linii gazowej Gl-1w/o z red. ciśnienia i butlą Ar MontaŜ elementów instalacji działa jonowego IQE12/38 do komory próŝniowej spektrometru XPS firmy SPECS do profilowania jonowego materiałów i struktur metodą XPS Uzyskane wyniki: Instalacja róŝnicowego działa jonowego IQE12/38 w komorze próŝniowej spektrometru XPS firmy SPECS do profilowania jonowego materiałów i struktur.

18 I Konferencja Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych InTechFun POIG /08 Współfinansowana przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego 9 kwietnia 2010 r., Warszawa