Aluminiumnitrid

I de senere år har der været en betydelig indsats i søgningen efter nye materialer med stadig mere komplekse strukturer, mens præsentere egenskaber af ionisk og elektronisk ledning. Sådanne materialer som aluminium nitrid, har vigtige anvendelser i teknologiske områder som komponenter af forskellige optoelektroniske anordninger. Blandt de nye undersøgte materialer fremhæver metalnitrider. I disse forbindelser er der stadig en dyb forståelse af de mekanismer, fragt, således at en grundlæggende undersøgelse af prøver af store krystallinske kvalitet bliver nødvendigt.

Som polykrystallinsk film orienteret i C-aksen, kan aluminiumnitrid være implementeret som en komponent i optiske sensorer i det ultraviolette område, og optisk-akustiske enheder.

Der er udbredt interesse i det sekskantede aluminiumnitrid ansøgning lysdioder og detektorer i det blå og ultraviolet på grund af deres bemærkelsesværdige termisk og kemisk stabilitet, er den også egnet til brug i ekstreme miljøer med høje temperaturer.

Det er af stor betydning for landet for at studere og udvikling af nye forskningsresultater teknikker såsom laser deposition ned, fordi de kan generere nye nanostrukturerede materialer som i dette tilfælde af nitrider af gruppe III-V én AlN som Det er ved at blive undersøgt på grund af deres brede anvendelse udsigter i halvlederkomponenter i regionerne i de bølgelængder af blåt og ultraviolet; i tillæg til unge forskere, der kan bidrage til videnskab og udvikling af landet ved hjælp af universiteter, der arbejder med disse spørgsmål og grupper, der findes på disse strækninger forskning muliggør teknologiske fremskridt, der er nødvendige for at skabe den indenlandske industri.

Materiale

Aluminiumnitrid krystalliserer i sekskantede system med en wurtzite typen struktur er eksperimentelt at wurtzite fase er den mest stabile krystalstruktur for AlN. Det er materialet af bredere bånd ved stuetemperatur betragtes en halvleder III-V-gruppe, som giver luminescerende egenskaber. Luminescens er en proces, der er kendetegnet ved et emissionsspektrum med en dominerende bånd centreret ved 400 nm, ca.. Denne emission tilskrives en rekombination af beslægtede domæner af ilt i AlN netværksprocesser. AlN har også høje egenskaber, såsom hårdhed, smeltepunkt og en høj akustiske hastighed.

Hver aluminium atom er bundet til fire nitrogenatomer og vice versa, danner et forvrænget tre links Al-N 120 ° fra hinanden og placeret i et plan vinkelret på linke Al-N i retning af aksen c tetraeder, som vist i figur 1.

Figur 1. Netværk krystallinsk aluminiumnitrid. Flyet er vist i rødt, i blå, grøn og grå. Atomer svarer til aluminium gul og grøn nitrogen.

Den anvendte teknik til udfældning af aluminium nitridfilmene er pulseret laser deposition. Oprindeligt denne teknik blev lidt anses på grund af deres tendens til at deponere partikler med atomer og molekyler. Men på grund af succes til at deponere tynde lag af superledende keramik med høj kritisk temperatur, en stærk interesse i at forbedre den tekniske vågnede dag og anvendes i industriel målestok. Interaktionen af ​​pulseret høj energitæthed af laseren med et fast materiale, sædvanligvis excimer, er i stand til at generere partikler ude af balance egenskaber.

De fleste af disse er atomare og molekylære elektronik og vibrationally exciteret med tilstrækkelig kinetisk energi til at overvinde de barrierer, der fører til dannelse af nye forbindelser eller faser ental teknik kan føre til dannelse af metastabile faser forbindelser med unikke egenskaber .

Den aluminiumnitrid skal deponeres, vil blive karakteriseret ved både strukturelt og krystallografisk synspunkt og fra synspunkt piezoelektrisk. Disse karakteriseringer udføres parallelt med arbejdet i at producere materialet. Dette gør det muligt at anvende oplysningerne vælge deposition parametre for at opnå den AlN krystalmateriale, morfologiske og optimale piezoelektriske egenskaber.

Krystallinsk kvalitet aluminium nitrid

Fra et krystallografisk synspunkt en polykrystallinsk materiale er god, når størrelsen af ​​mikrokrystallerne er stor i retningen vinkelret på underlaget, og når de er godt orienteret. Da aluminiumnitrid wurtzite struktur har fire atomer i enhedscellen, der er ni optiske tilstande og tre akustiske modes for k ≈ 0, som er teoretisk:

303 cm, 426 cm-1, 514 cm-1, 614 cm-1, 663 cm-1, 671.6cm-1 659.3cm-1, 821 cm-1 895cm-1).


Af alle disse tilstande, kun A1 og E1 tilstande kan aktiveres ved infrarød stråling. Disse toppe svarer til de optiske tværgående tilstande E1 671.6 cm-1 og 614 cm-1 A1 sekskantet aluminiumnitrid. E1 måde 671.6cm-1 af et elektrisk felt vinkelret på c-aksen af ​​molekylet exciteres, mens A1 tilstand ved 614 cm-1 exciteres af et felt parallelt med aksen. Derfor udseendet af de to spektrale spidser giver information om positionen af ​​molekyler af aluminiumnitrid, og derfor orienteringen af ​​mikrokrystaller, med hensyn til den indfaldende lysstråle.

Eksistensen af ​​disse to toppe skyldes excitation af indfaldende optisk signal E1 og A1-tilstande på grund af forskellen i elektronegativitet mellem nitrogenatomerne og aluminium i AlN molekylet.


Figur 2. E1 og A1 tilstande i molekylet af aluminiumnitrid.

Strukturel undersøgelse af AlN

Den almindeligt anvendt metode til at bestemme den krystallinske kvaliteten af ​​polykrystallinske film er røntgendiffraktion, og gælder give oplysninger om krystal orientering, stress og kornstørrelse. XRD teknik er destruktiv analyse af materialer baseret på det faktum, at krystallerne diffrakterer røntgenstråler der rammer dem på en måde, der afhænger af dets struktur. Diffraktion er et fænomen relateret til, hvordan de interagerer med to eller flere bølger, hvis faser er anderledes på grund af forskellen mellem vandrestier. Dette er imidlertid et relativt dyrt og tidskrævende teknik foranstaltninger, mens det på det modsatte, er den infrarøde absorption spektroskopi, Fourier-transformation er en hurtig og billig teknik. Udseendet af toppene af FT-IR spektrene af aluminiumnitrid er relateret til orienteringen af ​​materialet, så denne teknik kunne være et alternativ til de sædvanlige foranstaltninger for DRX.

Som en supplerende teknik til at vide, at strukturen er dannet i filmen, er af interesse i at have diffraktion fly ,, veldefinerede da disse garantere et materiale med piezoelektriske egenskaber.

Vibrations Undersøgelse af AlN

Den infrarøde spektrofotometri Fourier transformation er en ikke-destruktiv teknik udbredt i karakterisering af materialer i tynde form af film, som er baseret på absorptionen af ​​fotoner af vibrationstilstande af de atomer bundet til en fast krænke han en lysstråle med en specifik bølgelængde i midten infrarøde område. Denne absorption opstår, hvis elektronegativitet forskellen mellem forskellige atomer i molekylet er mærkbar, og har plads til et frekvens karakteristika afhængigt af tilstanden af ​​vibration af obligationer og kemiske miljø, som for en obligation absorbere en foton er nødvendigt, at frekvensen af ​​det indfaldende lys falder sammen med vibrationsfrekvensen af ​​bindingen. Derfor positionen og intensiteten af ​​absorptionsbånd i det infrarøde opnåede tillader teoretisk identificere links, deres struktur og vurdering af deres koncentration.

Filmene blev analyseret med FTIR spektroskopi, og at dette kan observeres frekvenser af vibrationer karakteristika aluminium links, og også kan afgøre, hvilken slags struktur tager aluminium med nitrogen og dermed finde filmen med de bedste egenskaber at være en god piezoelektrisk.

Piezoelektriske reaktion af materialet

Piezoelectricity er genereringen af ​​et elektrisk felt i et materiale efter at være blevet påført mekanisk belastning for at ændre dens form eller i formændring af materialet ved påføring af en vis elektrisk felt. Det er derfor en mekanisme til omdannelse af mekanisk energi til elektrisk og vice versa.

De krystallinske materialeegenskaber bestemme dets piezoelektriske egenskaber. De piezoelektriske udsteder relevante systemer er de kubiske og sekskantede systemer, orthorhombisk, tetragonale, trigonal. Som allerede nævnt, aluminiumnitrid krystalliserer i sekskantede systemet med symmetri omkring aksen C, må vi søge at sikre sekskantede AlN piezoelektriske reaktion. Det skal bemærkes, at aluminiumnitrid film kan have to forskellige polariteter afhængig af placeringen af ​​enhedscellen, som det centrale atom af tetraeder er en aluminium-atom eller et nitrogenatom. Figur 3 viser to typer af polaritet:

Figur 3. Skema af den atomare struktur af AlN a) Afsluttet i aluminium b) Afsluttet i kvælstof. Hvide atomer og aluminiumatomer er sorte atomer er nitrogenatomer.

De morfologiske egenskaber af det opnåede materiale afhænger i høj grad af dens polaritet som nitrogenkilder færdige film har typisk en højere ruhed end den færdige aluminium, men i stedet dets krystalstruktur kvaliteten er bedre. De indledende reservoirforhold stor indflydelse polariteten af ​​det opnåede materiale. Selv om det i princippet kunne man mene, at alt det materiale har samme polaritet, men det er muligt, at der er områder, hvor krystallerne har forskellige polariteter. Tilstedeværelsen af ​​disse domæner investeringer er blevet tilskrevet forskellige årsager, såsom arten af ​​underlaget overflade, udvidet defekter forbundet med tilstedeværelsen af ​​ilt og andre betingelser for vækst.

Forrige artikel Annemarie Huber-Hotz
Næste artikel Angelique Kidjo