研究目的
研究射频功率对采用射频磁控溅射法沉积在n-Si(100)衬底上GaN薄膜物理性质的影响。
研究成果
射频功率显著影响氮化镓薄膜的结构、形貌和光学特性。最佳射频功率为50瓦时可获得最优晶体质量,而更高功率会导致因分解加剧和缺陷增多而性能恶化。通过控制射频功率可调节光电应用(如LED和太阳能电池)所需的材料特性。未来研究应聚焦于优化其他生长参数以进一步提升薄膜质量。
研究不足
该研究受限于系统中潜在杂质(如氧气)的影响,这可能对薄膜质量造成影响。射频功率范围被限制在50-125瓦之间,优化可能需要更宽的参数范围。多晶薄膜的特性可能无法达到分子束外延等其他方法制备的单晶薄膜的质量。未来的工作可以包括退火处理或改善真空条件以减少缺陷。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用射频磁控溅射法,在不同射频功率(50、75、100、125瓦)条件下于n-Si(100)衬底上沉积GaN薄膜。研究目的是探究射频功率对薄膜结构、形貌及光学特性的影响。理论模型包括:Scherer公式计算晶粒尺寸、布拉格公式确定晶格参数、Tauc公式测定光学带隙。
2:125瓦)条件下于n-Si(100)衬底上沉积GaN薄膜。研究目的是探究射频功率对薄膜结构、形貌及光学特性的影响。理论模型包括:
2. 样品选择与数据来源:n-Si(100)衬底购自Sigma-Aldrich化学公司,GaN靶材(纯度99.99%)来自ACI Alloys公司。衬底通过RCA-1和RCA-2清洗流程去除污染物。
3:样品选择与数据来源:
3. 实验设备与材料清单:设备包括射频磁控溅射系统(PVD-Midas 3M型号,VK-1601-2)、紫外/可见/近红外分光光度计(LAMBDA 1050型号)、显微拉曼光谱仪(alpha300 R型号)、场发射扫描电镜(蔡司Sigma 300型号)、原子力显微镜(AFM-500II型号)及X射线衍射仪(PANalytical Empyrean型号)。材料包含GaN靶材、n-Si衬底、氩气和氮气。
4:99%)来自ACI Alloys公司。衬底通过RCA-1和RCA-2清洗流程去除污染物。 实验设备与材料清单:
4. 实验流程与操作步骤:衬底经清洗切割后,在100℃衬底温度下使用75 sccm氩气和3 sccm氮气进行溅射,沉积时间可调。采用表面轮廓仪P7(KLA-tensor)测量薄膜厚度,沉积后开展多项表征测试(紫外/可见光、拉曼、场发射扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射)。
5:2)、紫外/可见/近红外分光光度计(LAMBDA 1050型号)、显微拉曼光谱仪(alpha300 R型号)、场发射扫描电镜(蔡司Sigma 300型号)、原子力显微镜(AFM-500II型号)及X射线衍射仪(PANalytical Empyrean型号)。材料包含GaN靶材、n-Si衬底、氩气和氮气。 实验流程与操作步骤:
5. 数据分析方法:采用光谱与显微分析软件处理数据,统计技术包含光学带隙计算的线性拟合及拉曼光谱的高斯拟合。
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Field Emission Scanning Electron Microscopy
Zeiss Sigma 300
Zeiss
Used for morphological and surface analysis of the materials.
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X-ray Diffraction system
PANalytical Empyrean
PANalytical
Used to analyze the structure of GaN thin films with CuKα radiation.
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RF magnetron sputter system
PVD-Midas 3M
System number: VK-1601-2
Used for depositing GaN thin films on substrates under controlled RF power.
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UV/Vis/NIR Spectrophotometer
LAMBDA 1050
Used for optical analyses of thin films to determine absorbance and band gap.
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Micro Raman Spectrometer
alpha300 R
Used for optical phonon mode analysis via Raman spectroscopy.
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Atomic Force Microscopy
AFM-500II
Used for morphological analyses of GaN thin films.
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Surface profile metrology
P7
KLA-tensor
Used to measure the thickness of grown GaN thin films.
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GaN target
2 in. dia × 125 in. thick, purity 99.99%
ACI Alloys, Inc.
Sputtering target for depositing GaN thin films.
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n-Si substrate
n-Si(100)
Sigma-Aldrich Chemistry Company
Substrate for thin film deposition.
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