رسوب لایه نازک اکسید آهن بر روی سوبسترای ۱۰۰ Si روش MOCVD

رسوب لایه نازک اکسید آهن بر روی سوبسترای (۱۰۰)Si با استفاده از روش MOCVD – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

 رسوب لایه نازک اکسید آهن بر روی سوبسترای (۱۰۰)Si با استفاده از روش MOCVD

ما لایه‌های نازک اکسید آهن را بر روی سوبسترای(۱۰۰)Si با استفاده از پیش ماده تک مولکولی در محدوده دمایی ۵۰۰ – ۳۰۰ درجه سانتیگراد با روش رسوب گذاری بخار شیمیایی فلز ـ ماده آلی (MOCVD) رسوب دادیم. پنتاکربونیل آهن [Fe(CO)₅]  و گاز اکسیژن به ترتیب به عنوان منبع آهن و عامل اکسید کننده مورد استفاده قرار گرفتند. ویفر (۱۰۰)Si به عنوان سوبسترا یا زیرلایه مورد استفاده قرار گرفت و بوسیله حمامهای فوق صوتی متوالی استون، اتانول، HF (10%) تمیز گردید و توسط آب فاقد یون شسته شد. برای رسوب گذاری لایه‌های نازک اکسید آهن بر روی سوبسترا، گاز واکنش‌پذیر O₂ در طی رسوب مورد نیاز بود. بر این مبنا ما نسبت به بررسی تغییرات مورفولوژی یا ریخت شناسی، کریستال شدگی و ضخامت لایه‌های رسوب کرده را با نسبتهای مختلف پیش ماده تزریق شده به حجم O₂ همراه با چندین دمای رسوب گذاری اقدام نمودیم. ابتدا خصوصیات کریستال شدگی لایه نازک رشد کرده، بوسیله پراش پرتو (XRD) X تعیین شد. برای تایید مورفولوژی و ضخامت، آنالیز میکروسکوپی پویش الکترون (SEM) اعمال گردید و مراحل تعیین ترکیب لایه‌های نازک رسوب کرده، آنالیزهای پراکندگی انرژی پرتو X (EDX) و اسپکترومتری فوتو الکترون پرتو X (XPS) نیز انجام شدند.

کلمات کلیدی: اکسید آهن، پنتاکربونیل آهن، MOCVD

رسوب لایه نازک اکسید آهن بر روی سوبسترای ۱۰۰ Si روش MOCVD

مقدمه

اخیرا، اکسیدهای فلزی بخاطر خواص نوری، الکتریکی، شیمیایی و فیزیکی‌ آنها بطور روز افزون در صنایع گسترده‌ای مورد استفاده قرارگرفته‌اند. بویژه، آهن بصورت خالص یا با اکسید مختلط سنتز شده و مورد بررسی قرار گرفته است، زیرا خواص شیمیایی و فیزیکی آنها به ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی آنها وابسته است. کمپلکسهای آهن شامل آهن و اکسیژن نظیر FeO, a-Fe₂O₃, g-Fe₂O₃ و Fe₃O₄ با خواص مختلف در بخشهای متفاوت بکار برده شده‌اند. بنابراین کنترل آنها برای هر گونه کاربردی مهم است.

چندین روش برای رشد لایه‌های نازک اکسید آهن وجود دارند که شامل روشهای فیزیکی (کاتد پرانی، همبافتگی پرتو مولکولی( [MBE], RF) و روشهای شیمیایی (رسوب گذاری بخار شیمیایی [CVD]، سل ژل، محلول شیمیایی) می‌باشند. از میان آنها، روش CVD
فلز ـ ماده آلی (MOCVD) بعنوان تکنیکی برای رسوب گذاری لایه‌های نازک اتمها بر روی سوبسترا یا زیرلایه مشخص شده است. مزیت بزرگ پیش ماده فلز ـ ماده آلی فراریت عموما بالای آن در دمای نسبتا پایین است. تنظیم ضخامت و چند لایه‌های عاملی مختلف بر روی سوبسترا آسان است زیرا کنترل سرعت جریان گاز و فشار جزئی آن بدون پرداختن به منبع جامد یا مایع مزاحم در یک رآکتور یا واکنشگاه در دماهای رسوب گذاری پایین امکان‌پذیر است.

به عنوان پیش ماده اکسید آهن، بعضی از مواد نمونه نظیر پنتاکربونیل آهن  [Fe(CO)₅]، تری‌‌کلرید آهن (FeCl₃ .6H₂O)، استیل استونات آهن _۲[Fe(O^tBu)₃ ] و ایزوپروپیل حل شده در فروسن وجود دارند. چون اکسید آهن خواص مغناطیسی مهمی دارد، بطور فعال برای استفاده در ثبت محیط‌ها و دستگاه‌های گازی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. این ماده در بخشهای دارویی، به عنوان یک ماده هدف در سیستم تحویل دارو با استفاده از خواص مغناطیسی عمل می‌کند.

در این تحقیق، ما لایه‌های نازک اکسید آهن را بر روی سوبستراهای (۱۰۰)Si با استفاده از پنتاکربونیل و O₂ (999/99%) به عنوان پیش ماده و گاز واکنش‌پذیر و بوسیله روش MOCVD رسوب داده‌ایم. برای بررسی لایه‌های نازک اکسید آهن رسوب کرده روی زیرلایه (۱۰۰)Si، آنها را در دماهای رسوب گذاری مختلف و فشار جزئی متفاوت بین پیش ماده  [Fe(CO)₅] و گاز واکنش‌پذیر (O₂) رسوب داده‌ایم.

رسوب لایه نازک اکسید آهن بر روی سوبسترای ۱۰۰ Si روش MOCVD

بخش تجربی

لایه‌های نازک اکسید آهن از طریق تکنیک رسوب گذاری بخار شیمیایی فلز ـ ماده آلی افقی خانگی تحت فشار ^۲-۱۰* ۲ تور رسوب داده شد. ما از پنتاکربونیل آهن به عنوان پیش ماده استفاده کردیم که از سیگما ـ آلدویچ (۶-۴۰-۱۳۴۶۳ :CAS) خریداری شده بود. این ماده به آهن و کربن مونوکسید تجزیه می‌شود:

رسوب لایه نازک اکسید آهن بر روی سوبسترای ۱۰۰ Si روش MOCVD

نتایج

شکل ۱ تصاویر SEM لایه‌های نازک اکسید آهن رسوب کرده بر روی سوبستراهای (۱۰۰)Si در دماهای متفاوت را نشان می‌دهد. تمام لایه‌ها در شرایط ^۲-۱۰ * ۲  تور پیش ماده: اکسیژن = ۱۵: ۲۰ رسوب کردند. لایه‌های رسوب کرده حدود nm10 در بالای ۳۰۰ درجه سانتیگراد و بوسیله دستگاه الکتریکی مشاهده شدند. هنگام بالا بردن دمای رشد، ضخامت لایه‌های نازک رسوب کرده بصورت قابل توجهی افزایش یافت در حالیکه اندازه دانه از nm 7 تا nm 15 بزرگتر شد. در بالای ۴۰۰ درجه سانتیگراد، ذرات به وسیله اثر انرژی گرمایی به سرعت بر روی سطح روی هم انباشته شدند. سرعت رشد لایه رسوب کرده را با اندازه‌گیری ضخامت مشاهده شده در تصاویر SEM با برش عرضی اثبات کردیم.

شکل ۲ سرعت رشد لایه‌های رسوب کرده بر روی سوبسترای (۱۰۰)Si را در هر دقیقه نشان می‌دهد. در ۴۰۰- ۲۵۰ درجه سانتیگراد، سرعت رشد به آرامی در حدود  nm/min 2-1 افزایش یافت اما در بالای ۴۰۰ درجه سانتیگراد، ضخامت بطور ناگهانی در حدود nm/min 5 افزایش یافت. ما خواص لایه در حوالی زمان رسوب کردن را بررسی کرده‌ایم اما لایه‌ ها تحت تاثیر کریستالی شدن و ساختار لایه‌ها قرار نگرفتند مگر برای تغییر ضخامت آنها. بنابراین، ما شرط رسوب کردن ۳۵۰ درجه سانتیگراد را انتخاب کردیم. در این دما رسوب کردن یک لایه یکنواخت با کیفیت عالی و قابل کنترل امکان‌پذیر بود. فشار جزئی پیش ماده و اکسیژن از نسبت ۱:۱ به سایر نسبتها ( الف) ۶۷/۱:۱، ب) ۵/۱:۱، ج) ۳۳:۱ ، د) ۶/۰:۱ و ه) ۵/۰:۱) به مدت یک ساعت در دمای ۳۵۰ درجه سانتیگراد تغییر یافت.

به عنوان شاهد واضح و متقاعد کننده، لایه رسوبی بوسیله میکرو ـ رامان با لیزر nm 514 و توان mW 200 در دمای اتاق آنالیز شد. هنگامی که غلظت آهن افزایش یافت، شدت پیک مگنتیت نه تنها شیوه پیوندی مگنتیت (cm^-1 300) بلکه شیوه کششی (cm^-1 670) آنرا نیز کاهش داد. بنابراین، شدت نوار هماتیت افزایش یافت. به همین دلیل، هنگامی که مقدار مگنتیت کاهش می‌یابد،‌ مقدار هماتیت افزایش خواهد یافت. بنابراین طیفهای
میکرو ـ رامان به خوبی با آنچه قبلا ذکر شد، مطابقت دارند (شکل ۵).  

رسوب لایه نازک اکسید آهن بر روی سوبسترای ۱۰۰ Si روش MOCVD

نتیجه گیری

ما لایه نازک اکسید آهن را با استفاده از روش MOCVD با پنتاکربونیل آهن و اکسیژن بسیار خالص بر روی سوبسترای (۱۰۰)Si رسوب داده و اثرات دمای رسوب دادن، زمان و فشار جزئی گاز واکنش‌پذیر مخلوط برای رشد لایه نازک را مورد بررسی قرار داده ایم. در بالای ۴۰۰ درجه سانتیگراد، دانه‌های رسوب کرده بر روی یکدیگر انباشته می‌شوند و تغییر ضخامت به سرعت افزایش می‌یابد. طبق اندازه‌گیری XRD ، غلظت گاز واکنش‌پذیر مخلوط شده بر ساختار لایه‌های نازک آهن اثر می‌گذارد. علاوه بر این، بررسی ساختار و اجزا با استفاده از دستگاه XPS و میکرو ـ رامان انجام شد. این بررسی نشان داده است که کنترل ساختار و ضخامت لایه‌های نازک اکسید آهن رسوب کرده با مورفولوژی مربوطه بخوبی امکان‌پذیر است.