Seminar INFLPR, Miercuri, 22 Mai 2019, ora 10:00, Sectia Laseri, Dr. L Duta: Influenta temperaturii de depunere asupra proprietatilor morfologice, structurale si optice ale filmelor nanostructurate de AlN sintetizate prin tehnica de depunere laser pulsata

Seminar INFLPR

Miercuri, 22 Mai 2019, ora 10:00

Sectia Laseri, sala de seminar

Contractul nr. 3N/2018

Proiectul: PN 18 13 01 02/ Micro si nanostructuri din materiale avansate obtinute prin tehnologii cu laser,
plasma si fascicul de electroni

Faza nr. 4: "Influenta temperaturii de depunere asupra proprietatilor morfologice, structurale si optice ale filmelor nanostructurate de AlN sintetizate prin tehnica de depunere laser pulsata"

Termen: 2018

Responsabil faza: Dr. Liviu Duta

Prezinta: Dr. Liviu Duta

Rezumat: In ultimul deceniu, interesul tehnologic manifestat fata de materialele din grupele III-V de nitruri s-a intensificat datorita capacitatii acestora de a reprezenta candidati viabili pentru o gama variata de aplicatii, in special cele din domeniul nano- si optoelectronicii. Dintre aceste materiale, nitrura de aluminiu (AlN) poate fi considerat unul dintre cei mai interesanti compusi, datorita unor proprietati importante, precum: (i) valoarea benzii interzise de pana la 6,2 eV, (ii) constanta dielectrica (~9), (iii) conductivitate termica ridicata (140‒180 W/moK), (iv) stabilitate buna la temperaturi inalte. Fabricarea unor dispozitive noi bazate pe filme de AlN necesita o intelegere aprofundata a proprietatilor structurale, morfologice, optice si electronice, intr-o relatie stransa cu conditiile de crestere.

Experimentele PLD s-au desfasurat in interiorul unei incinte de depunere, din otel inoxidabil, folosind o sursa laser cu excimeri KrF* COMPex Pro205 (λ = 248 nm, τFWHM ≤ 25 ns), care a operat cu o rata de repetitie de 40 Hz. Intr-o prima etapa, folosind un singur pas tehnologic (depuneri simple), au fost fabricate loturi de probe pentru care temperatura substratului fie a fost mentinuta la RT, fie a fost variata (350 °C, 450 °C si, respectiv, 800 °C). Intr-o etapa ulterioara, folosind un proces care implica doi sau mai multi pasi tehnologici, au fost sintetizate multistructuri, la temperaturi diferite ale substratului. Pentru aceste acoperiri, am utilizat un strat de AlN de nucleatie (lb. engl. seed layer), in contact cu substratul de Si, depus la temperatura de 800 °C. Urmatoarele straturi au fost realizate la temperaturi mult mai scazute (RT, 350 °C si, respectiv, 450 °C).
Structurile sintetizate au fost investigate folosind tehnici complexe: Difratia de raze X la incidenta razanta, Microscopia electronica de transmisie, Microscopia de forta atomica, microscopia electronica de baleiaj si elipsometria spectroscopica. Investigatiile TEM au indicat formarea nanocristalitelor de AlN cu structura hexagonala, chiar si in cazul filmelor sintetizate la RT. Investigatiile SEM si AFM au demonstrat ca filmele de AlN au fost uniforme, fara crapaturi si au prezentat suprafete netede (valoarea maxima a RRMS fiind de ~2 nm). Valorile energiilor benzii interzise s-au situat in domeniul (4 ‒ 5,7) eV, avand o tendinta de crestere odata cu temperatura de depunere, datorita intensificarii procesului de cristalizare.

In acest studiu am demonstrat posibilitatea de obtinere (intr-un proces tehnologic cu multistraturi) a unor structuri (poli)cristaline, de la primul la ultimul strat, chiar si in cazul utilizarii unor temperaturi de depunere relativ scazute (RT, 350 °C si/sau 450 °C). Conditia necesara este de a introduce un strat de nucleatie, cu o cristalinitate buna, sintetizat la 800 °C, care sa promoveze o nucleatie rapida a filmelor sintetizate. Tinand cont de rezultatele obtinute, putem afirma ca acest studiu isi poate gasi aplicativitate in domeniul acoperirilor protectoare, unde sunt necesare, in general, filme groase, cristaline si aderente. Sinteza de filme de AlN intr-un singur pas tehnologic, la temperaturi inalte, este de cele mai multe ori ineficienta, pe de o parte din cauza ratelor mici de depunere, iar pe de alta parte din cauza faptului ca sunt consumatoare de timp si energie. De aceea, consideram ca prin aplicarea protocolului de obţinere a multistructurilor propus mai sus se pot depasi toate aceste neajunsuri.