Terminen ja plasma-avusteinen atomikerroskasvatus: tutkimus ja käyttö moninaisiin nanoteknologian sovelluksiin

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Tässä väitöskirjassa käsiteltiin atomikerroskasvatusta (engl. ALD) ja sen tulokset esitetään jaettuna kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa käsitellään AlN:n plasma-avusteista atomikerroskasvatusta (engl. PEALD) ja esitetään havaintoja sen prosessiolosuhteiden vaikutuksesta materiaalin ominaisuuksiin ja kasvuun. Toisessa osassa käsitellään erilaisten ALD-ohutkalvojen käyttämistä osana erilaisia nanoteknologian sovelluksia. PEALD AlN-ohutkalvoja valmistettiin käyttämällä kapasitiivisesti kytkettyä plasmalähdettä. Tutkimukset osoittivat plasmakaasun, prosessilämpötilan ja plasman tasajännitteen vaikuttavan ohutkalvojen kasvuun ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Tämän lisäksi PEALD AlN:ä tutkittiin kuivaetsausmaskina SF6-pohjaiselle piin plasmaetsaukselle. Induktiivisesti kytkettyä plasma-reaktiivista sekä reaktiivista ionietsausta käyttäen tehdyt kokeet osoittivat materiaalin olevan erinomainen kovamaski, samoin kuin Al2O3. Myös korkean permittiivisyyden omaavia metallieriste-puolijohdekondensaattoreita valmistettiin GaAs alustalle PEALD AlN ja ALD HfO2-kerrosrakenteilla. GaAs-pinnan passivointi saavutettiin PEALD AlN:llä todentamalla rajapinnan Fermi tason irtoaminen käyttäen kapasitanssi-jännite ja virta-jännite -mittauksia. ALD Al-seostettua ZnO:a (AZO) tutkittiin GaAs-nanolankojen kasvualustana moninaisille materiaaleille jotka eivät normaalisti tue nanolankojen kasvua. Tuotetut GaAs-nanolangat olivat tasalaatuisia riippumatta alustasubstraatista. Fotoluminesenssimittaukset osoittivat AZO:sta peräisin olevan sinkin olevan osa nanolankoja, jotka emittoivat valoa jopa huoneen lämpötilassa. Jatkotutkimuksessa ALD TiO2:a ja Al2O3:a käytettiin ZnO-nanosauvojen ja porfyriinipohjaisen orgaanisen kerroksen välikerroksena. Fluoresenssimittaukset osoittivat 5 nm paksun Al2O3-kerroksen eristävän ZnO-nanosauvat orgaanisesta kerroksesta, tehden sen tutkimisen mahdolliseksi. 5 nm paksu TiO2 sen sijaan johti vuorovaikutukseen orgaanisen ja ZnO-nanosauvakerroksen välillä. Femtosekunti-absorptio-spektroskopia paljasti 5 nm paksun TiO2-kuoren mahdollistavan varauserotuksen orgaanisen ja puolijohdemateriaalin välillä. Väriaineherkistetyt aurinkokennokokeet vahvistivat tulokset että TiO2-kuori todella vähentää varausrekombinaatiota. Osana tätä työtä kehitettiin myös uuden tyyppinen grafeeni-alumiinioksidi komposiittimembraani ja sitä arvioitiin mekaanisesti aluevenymäkoejärjestelmällä. Komposiittimembraanin todettiin olevan huomattavasti kestävämpi kuin pelkkä Al2O3 olisi, kestäen jopa kolme kertaa suuremman differentiaalisen paineen. Ramanmittaukset osoittivat vahvistavan grafeeni-kerroksen pysyvän vahingoittumattomana aluevenymäkokeen jälkeen, vaikka ALD-kerroksessa havaittiin säröytymistä.
    Julkaisun otsikon käännösTerminen ja plasma-avusteinen atomikerroskasvatus: tutkimus ja käyttö moninaisiin nanoteknologian sovelluksiin
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Lipsanen, Harri, Vastuuprofessori
    • Honkanen, Seppo, Vastuuprofessori
    • Huhtio, Teppo, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6236-5
    Sähköinen ISBN978-952-60-6237-2
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • atomikerroskasvatus
    • plasma-avusteinen atomikerroskasvatus
    • kuivaetsaus
    • grafeeni
    • nanolangat
    • nanosauvat

    Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Terminen ja plasma-avusteinen atomikerroskasvatus: tutkimus ja käyttö moninaisiin nanoteknologian sovelluksiin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä