Atomic layer deposition of metal oxide thin films and nanostructures
Metal oksit ince film ve nanoyapıların atomik katman kaplama yöntemi ile büyütülmesi
- Tez No: 336868
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. NECMİ BIYIKLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Plasma-Yardımlı Atomik Katman Kaplama (PEALD), Galyum Oksit, İndiyum Oksit, Hafniyum Oksit, İnce Filmler, Nanotüpler, Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, Gallium Oxide, Indium Oxide, Hafnium Oxide, Thin Films, Nanotubes
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Mikroelektronik entegre devrelerin devam eden küçülmesiyle birlikte üç boyutlu fonksiyonel tabakalara olan ihtiyaç artmış, yüksek konformalite ve atomik seviyede kalınlık kontrolu sağlayan orjinal ve geliştirilmiş büyütme tekniklerigerekmiştir. Diğer ince film kaplama tekniklerinden farklı olarak, atomik katman kaplama (?Atomic Layer Deposition?, ALD) yöntemi kendini sınırlayan reaksiyonlara dayanmaktadır. ALD?nin kendini sınırlayan büyütme mekanizması mükemmel konformalite ve geniş alanda düzgün kaplamalara imkan sağlamaktadır. Ayrıca, film kalınlığı tam olarak ardışık yüzey reaksiyonların sayısını değiştirerek kontrol edilebilmektedir.Galyum oksit (Ga2O3) ince filmler Ga(CH3)3 ve oksijen (O2) plazma öncü maddeleri kullanılarak plasma yardımcı atomik katman kaplama (PEALD) yöntemi ile büyütülmüştür. 0.53 Å/devir sabit kaplama hızı ile 100-400 °C aralığında geniş ALD sıcaklık penceresi gözlemlenmiştir. Büyütülen Ga2O3filmlerin kaplama parametreleri, kompozisyon, kristalinite, yüzey morfolojisi, optik ve elektriksel özellikleri tavlanmadan önce ve sonra karakterize edilmiştir. Büyütülen filmlerin elektriksel özelliklerinin araştırılması amacıyla, farklı film kalınlığı ve tavlama sıcakları içeren metal-oksit-yarıiletken kapasitör yapıları imal edilmiştir. Ga2O3 filmler tavlama sonrasında etkili dielektirik özellikler sergilemiştir. Dielektrik sabiti film kalınlığı ile artmış ve artan tavlama sıcaklığile hafif azalmıştır. Ek PEALD deneyi olarak, indiyum oksit (In2O3) ince filmlerin kaplama parametreleri C5H5In ve O2 plasma öncüleri kullanılarak çalışılmıştır. Bu deneylere ilişkin ilk sonuçlar da bu tez kapsamında verilmiştir.ALD, hatasız kalınlık kontrolü, yüksek homojenlik ve konformalite özellikleri sayesinde nanoyapıların üzerine konformal kaplamalar için oldukça umut verici bir kaplama yöntemi haline gelmiştir. Bu tez çalışması, aynı zamanda, organik nanolif yapıları kullanılarak metal oksit nanotüplerinsentezlenmesini de içermektedir. Elektroeğirme ve ALD yöntemleri bir arada kullanıldığında, sentezlenen nanotüplerin hem iç çaplarını, hem de duvar kalınlıklarını düzgün bir şekilde kontrol etme imkanı sağlanmıştır. Kavram ispatı olarak, HfO2 nanotüplerlerin sentezi üç adımda gerçekleştirilmiştir: (i) elektroeğirme yöntemi ile nylon 6,6 nanoliflerin hazırlanması, (ii) ALD ile Hf(NMe2)4 ve su öncüleri kullanılarak nanoliflerin üzerine 200 °C de konformal HfO2 katmanının kaplanması, (iii) nanoliflerin kalsinasyon yöntemi ile kaldırılması sonucunda içi boş serbest HfO2 nanotüplerin elde edilmesi. Aynı prosedür farklı ortalama lif çaplarına uygulandığında, daha küçük çaplı fiberler için beklendiğinden daha az duvar kalınlığı elde edilmiştir. Bunun sebebi geniş alanlı yüzeylerde öncünün maruz kalma süresinin yetersiz kalması ile açıklanmıştır. Bu nedenle, geniş yüzey alanları nanoyapıların kaplanmasında istenilen duvar kalınlığını elde etmek için ?exposure mode? adı verilen farklı bir kaplama yöntemi uygulanmıştır. HfO2 nanotüpler elde etmek için gerekli film kaplama parametreleri ve elde edilen nanotüplerin yapısal, elementel ve yüzeysel karakterizasyonları sunulmştur.
Özet (Çeviri)
With the continuing scaling down of microelectronic integrated circuits and increasing need for three-dimensional stacking of functional layers, novel or improved growth techniques are required to deposit thin films with high conformality and atomic level thickness control. As being different from other thin film deposition techniques, atomic layer deposition (ALD) is based on selflimiting surface reactions. The self-limiting film growth mechanism of ALD ensures excellent conformality and large area uniformity of deposited films. Additionally, film thickness can be accurately controlled by the number of sequential surface reactions. Gallium oxide (Ga2O3) thin films were deposited by plasma-enhanced ALD (PEALD) using trimethylgallium as the gallium precursor and oxygen plasma as the oxidant. A wide ALD temperature window was observed from 100 to 400 °C, where the deposition rate was constant at ~0.53 Å/cycle. The deposition parameters, composition, crystallinity, surface morphology, optical and electrical properties were studied for as-deposited and annealed Ga2O3films. In order to investigate the electrical properties of the deposited films, metal-oxide-semiconductor capacitor structures were fabricated for a variety of film thicknesses and annealing temperatures. Ga2O3 films exhibited decentdielectric properties after crystallization upon annealing. Dielectric constant was increased with film thickness and decreased slightly with increasing annealingtemperature. As an additional PEALD experiment, deposition parameters of In2O3 thin films were studied as well, using the precursors of cyclopentadienylindium and O2 plasma. Initial results of this experiment effort are also presented.Accurate thickness control, along with high uniformity and conformality offered by ALD makes this technique quite promising for the deposition ofconformal coatings on nanostructures. This thesis also deals with the synthesis of metal oxide nanotubes using organic nanofiber templates. Combination of electrospinning and ALD processes provided an opportunity to precisely control both diameter and wall thickness of the synthesized nanotubes. As a proof-ofconcept, hafnia (HfO2) nanotubes were synthesized using three-step approach: (i) preparation of the nylon 6,6 nanofiber template by electrospinning, (ii) conformal deposition of HfO2 on the electrospun polymer template via ALD using the precursors of tetrakis(dimethylamido)hafnium and water at 200 °C, and (iii) removal of the organic template by calculation to obtain freestanding HfO2 nanotubes (hollow nanofibers). When the same deposition procedure was applied on nanofibers with different average fiber diameters, thinner HfO2 wall thicknesses were obtained for the templates having smaller diameters due to insufficient exposure of precursor molecules to saturate their extremely large surface area. Thus, ?exposure mode? was applied to obtain the desired wall thickness while coating high-surface area nanofibers. We present the experimental efforts including film deposition parameters, structural, elemental, and morphological properties of HfO2 nanotubes.
Benzer Tezler
- Atomic layer deposition of III-nitrides and metal oxides; their application in area selective ALD
III-nitratların ve metal oksitlerin atomik katman kaplamısı; bunların alan seçici ALD'deki uygulamaları
ALI HAIDER
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. AYKUTLU DANA
DR. NECMİ BIYIKLI
- Investigation of nanostructured vanadium oxides by wet chemical processing: Structural, morphological, optical, and electrochemical analysis
Sıvı-hal yöntemi ile elde edilen nanoyapılı vanadyum oksitlerin incelenmesi: Yapısal, morfolojik, optik ve elektrokimyasal analiz
MUSA EROL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
- Silisyum nanoyapı tabanlı gaz sensörü üretimi ve karakterizasyonu
Formation of silicon nanostructure based metal oxide gas sensors
NİLÜFER USLU UZUN
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiDicle ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUSUF SELİM OCAK
- Capacitance-voltage and current-voltage characteristic properties of ZnO:Al/p-Si heterojunction
ZnO:Al/p-Si heterokavşakların kapasitans-voltaj ve akım-voltaj karakteristik özellikleri
YELİZ KÖSE
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Puls laser depozisyon yöntemiyle c60 ve grafit ince filmlerinin üretimi
Production of the c60 and graphite with pulsed laser deposition method
LOKMAN EKİNCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAZİRET DURMUŞ