Karolina Danuta Pągowska

Prezentacja na temat: "Karolina Danuta Pągowska"— Zapis prezentacji:

1 Karolina Danuta Pągowska
Instytut Problemów Jądrowych Od warstwy epitaksjalnej poprzez heterostruktury do przyrządów optoelektronicznych Karolina Danuta Pągowska

2 Plan seminarium Znaczenie związków półprzewodnikowych III-V
Wytwarzanie warstw czyli epitaksja i wzrost epitaksjalny Techniki wzrostu warstw: MOCVD i MBE Metody charakteryzacji: HRXRD TEM RBS/channeling Przykłady 

3 Znaczenie związków III-V
Związki półprzewodnikowe III-V są wykorzystywane do wytwarzania nowoczesnych przyrządów półprzewodnikowych dla mikro- i optoelektroniki.

4 Związki grup III-V III V III-N GaN, AlGaN, InGaN

5 Zakresy widmowy

6 Physics of light emission

7 Przerwa energetyczna prosta i skośna

8 Typical applications of semiconductor laser diodes

9 Laser diodes convert an electrical signal to light
GaN

10 How do they work ?

11 Electron confinement on z-axis
The quantum well z Electron confinement on z-axis

12

13 Low dimensional structures
Quantum Wire 1D Quantum Dot 0 D Quantum Well 2D

14 Self-organization processes during epitaxial growth
Intermediate misfit Small misfit Large misfit Layer by layer gowth (Frank - van der Merwe) Island growth (Vollmer – Weber) Layer plus island growth (Stransky – Krastanow)

15 Strained lattice-mismatched heterostructure
Misfit f = (as-af)/as f(InAs/GaAs) = 7.1% f(Si/Ge) = 4.0 % f(AlAs/GaAs) = 0.1%

16 Lattice Parameter vs. Bandgap for III-V Compound Semiconductors

17 Materials systems for light sources
Material systems: active layer/ barier layers Useful wavelength range (μm) GaAs/ AlxGa1-xAs GaAs/ InxGa1-xP InyGa1-yAs/ InxGa1-P InxGa1-xAsyP1-y/InP InxGa1-xN/GaN 0.90 – 1.00 Best developed system at present Most important systems in present

18 Epitaksja Epitaksja z języka greckiego (epi + taxia = położony na)
Epitaksja to technika półprzewodnikowa wzrostu nowych warstw monokryształu na istniejącym podłożu krystalicznym, która powiela układ istniejącej sieci krystalicznej podłoża. Monokryształ – materiał będący w całości jednym kryształem (np. kryształ cukru, soli, półprzewodnika).

19 Epitaksja Epitaksja jest procesem tworzenia pojedynczych warstw monokryształu na monokrystalicznych podłożu. Gdy warstwa epitaksjalna i podłoże stanowią dokładnie taki sam materiał to proces epitaksji nazywamy homoepitaksją. Gdy warstwa epitaksjalna różni się od podłoża w jakikolwiek sposób to proces taki nazywamy heteroepitaksją.

20 Principle of MetalOxide Chemical Vapour Deposition
M O C V D MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) MOVPE (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)

21 MBE – Molecular Beam Epitaxy

22 Podstawowe metody charakteryzacji heterostruktur
HRXRD RBS/channeling TEM

23 Basics of X-ray Characterization
Incident X-ray beam conditioned in wavelength  and divergence Dq Diffracted X-ray beam 2dsin =   Dla półprzewodników takich jak (Si, Ge) stałą sieci jesteśmy w stanie wyznaczyć z dokładnością 10-7. Natomiast dla związków półprzewodnikowych takich jak (GaAs, InP) dokładność ta wynosi 10-5.

24 Co to jest RBS? RBS – to skrót pochodzący od angielskiej nazwy metody Rutherford Backscattering Spectrometry (rozpraszanie jonów wstecz) Jest to metoda mikroanalizy jądrowej służąca do badania warstw powierzchniowych materiałów.

25 Podstawy Rutherford Backscattering Spectrometry
Energia Głębokość Liczba cząstek rozproszonych x0 Podstawy Rutherford Backscattering Spectrometry x0 - O - Si 4He+, 2 MeV x0 Si SiO2

26 Superlattice 10xInP/In0.54Ga0.46As0.94P0.06
InxGa1-xAs1-yP1-y InP 10 x (Λ = 53 nm) Capping layer InP substrate

27 Kanałowanie jonów

28 Analiza rozkładu defektów przy użyciu kanałowania jonów

29 Random and aligned RBS/channeling spectra for Al0. 4Ga0
Random and aligned RBS/channeling spectra for Al0.4Ga0.6N/GaN structure with 500 nm thick SBL (only the potion of spectrum due to the scattering by Ga atoms is shown).

30 Depth distributions of displaced lattice atoms due to the dislocation formation in both epilayers deduced from spectra.

31 TRANSMISYJNY MIKROSKOP ELEKTRONOWY (TEM)
działo elektronowe (wyrzutnia elektronów) kondensor – układ soczewek skupiających elektrony obiektyw – tworzy obraz rzeczywisty, odwrócony, powiększony komora preparatu soczewki pośrednie i projekcyjna – powiększają i rzutują obraz utworzony przez obiektyw ekran – materiał świecący w wyniku bombardowania elektronami np. siarczek cynku system rejestracji obrazu – klisza fotograficzna, kamera TV, matryca CCD

32 Obrazy TEM

33 Obrazy TEM

34 Depth distributions of displaced lattice atoms due to the dislocation formation in both epilayers deduced from spectra.

35 Podsumowanie Związki półprzewodnikowe grup III-V to materiały na bazie, których wytwarzane są współczesne urządzenia mikro- i optoelektroniczne. Należy jednak pamiętać, że nie tylko wytworzenie ale, także charakteryzacja takich materiałów daje dopiero pracujący przyrząd.