研究目的
利用透射电子显微镜(TEM)和电学测量方法,描述通过原子层沉积(ALD)在α-Al2O3和GaN衬底上生长的MgO及掺镁ZnO薄膜的结构与微观织构,重点研究缓冲层取向对薄膜微观结构的影响。
研究成果
MgO在α-Al2O3和GaN上外延生长时存在缺陷并转变为随机取向。当掺杂10 at% Mg时,会形成MgO缓冲层,有助于ZnO在α-Al2O3上外延生长并提高迁移率,而在GaN上ZnO呈织构化。α-Al2O3更适合高浓度Mg掺杂。对于1 at% Mg掺杂,在GaN上能成功掺入,但在α-Al2O3上会形成MgO,表明低浓度掺杂具有衬底依赖性。
研究不足
MgO在ZnO中的固溶度上限为4原子百分比,这可能限制掺杂水平。本研究聚焦于特定衬底和原子层沉积条件,结果可能不适用于其他生长方法或衬底。透射电镜分析具有局部性,可能无法均匀代表整个样品。
1:实验设计与方法选择:
采用原子层沉积(ALD)技术在300°C下无需退火,于(001)取向α-Al2O3、(001)GaN和(110)Si衬底上生长纯MgO及镁掺杂浓度为1 at%和10 at%的ZnO薄膜。通过透射电子显微镜(TEM,含选区电子衍射SAED、高分辨TEM HRTEM和能量色散谱EDS)研究结构与微观结构,采用范德堡法霍尔测量评估电学性能。
2:(001)GaN和(110)Si衬底上生长纯MgO及镁掺杂浓度为1 at%和10 at%的ZnO薄膜。通过透射电子显微镜(TEM,含选区电子衍射SAED、高分辨TEM HRTEM和能量色散谱EDS)研究结构与微观结构,采用范德堡法霍尔测量评估电学性能。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:衬底为(001)α-Al2O3、(001)GaN和(110)Si。α-Al2O3与GaN衬底经浓硝酸和18 MΩ去离子水清洗。样品制备包含不同镁浓度(0 at%、1 at%、10 at%及100 at% Mg)。
3:(001)GaN和(110)Si。α-Al2O3与GaN衬底经浓硝酸和18 MΩ去离子水清洗。样品制备包含不同镁浓度(0 at%、1 at%、10 at%及100 at% Mg)。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:ALD反应器(Picosun SUNALE R-100)、前驱体(二乙基锌DEZ、双(乙基环戊二烯基)镁Mg(CpEt)2、去离子水)、载气(氮气)、TEM显微镜(Philips CM20、JEOL 3010、配备Super-X EDS探测器的THEMIS)、霍尔测量系统、Dektak轮廓仪、紫外-可见分光光度计。
4:0)、前驱体(二乙基锌DEZ、双(乙基环戊二烯基)镁Mg(CpEt)去离子水)、载气(氮气)、TEM显微镜(Philips CMJEOL 配备Super-X EDS探测器的THEMIS)、霍尔测量系统、Dektak轮廓仪、紫外-可见分光光度计。 实验流程与操作规范:
4. 实验流程与操作规范:300°C下ALD沉积,设定特定脉冲与吹扫时间。通过在锌前驱体脉冲间插入镁前驱体脉冲实现镁掺杂。采用铟电极进行电学测量,轮廓仪测定薄膜厚度。TEM样品制备包含SAED、HRTEM及EDS元素分布分析。
5:数据分析方法:
基于霍尔测量计算电学参数,通过紫外-可见吸收光谱计算带隙宽度,TEM图像与衍射花样分析晶体结构与取向,EDS测定元素组成。
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获取完整内容-
TEM microscope
3010
JEOL
Used for transmission electron microscopy studies at 300 kV.
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ALD reactor
SUNALE R-100
Picosun
Used for atomic layer deposition of MgO and Mg-doped ZnO thin films.
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TEM microscope
CM20
Philips
Used for transmission electron microscopy studies including selected area electron diffraction and high-resolution imaging.
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TEM microscope
THEMIS
Used for aberration-corrected transmission electron microscopy and energy dispersive spectroscopy mapping.
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Profilometer
Dektak
Used to measure the thickness of the deposited layers.
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UV-VIS spectrometer
Used to acquire absorption values for bandgap calculation.
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