Simülasyonlar
Simülasyonlar, süzülmenin Si konsantrasyon eşiğini (bu işlem NC'lerin şarj edilmesini engeller) ve implantasyon veya post için optimum sıcaklık aralığını tahmin etmeyi mümkün kılar. NC'lerin kontrollü bir büyümesiyle birlikte substrat arayüzünde Si çözünen atomlarının yakalanmasının, uçucu olmayan belleklerin üretimi için uygun bir kendi kendine hizalanmaya yol açtığı tavlama işlemidir.
Birçok yazar tarafından IBS tekniğinin kullanışlılığını övmek için ileri sürülen bir argüman, yüzeye yakın parçacıkların yüksek doldurma faktörlerini elde etmektir. Aslında bu özellik, dipolar etkileşimlerin optik ve manyetizmadaki iyi bilinen etkisinden dolayı genellikle nanokompozit sistemlerin performansları için zararlıdır.
Gösterilen Ag parçacıklarının görünür aralığındaki plazmon rezonansı, büyüklük saçılmalarındaki ve etkileşimlerindeki artışın birleşik etkileri altında, artan Ag akışıyla daha geniş hale gelir.
Benzer şekilde, manyetik kayıt ortamındaki bitleri oluşturan taneler arasındaki etkileşim, gürültüyü azaltmak için sınırlandırılmalıdır. Aslında, çoğu çalışmada implante edilmiş 3D manyetik atomların konsantrasyonunu artırmanın tek yararı, katkılı katmanın sığ kalınlığını telafi etmektir. Yarı iletkenlerdeki eksitonların hapsedilmesi de parçacıkların toplanmasıyla bozulur.
Si NC'ler, MOS yapılarında şarj enjeksiyonu için yararlı olmalarının yanı sıra, sarı lüminesansları veya NC'lerdeki eksitonlarınkine yakın bir enerjide uyarılmış bir seviyede nadir toprak elementlerini aktive etmeleri ile de ilgi çekicidir. Bir kez daha kalite kriteri, NC'lerin 2–3 nm aralığında dar bir boyut dağılımıdır, böylece boşlukları örneğin 4I15/2'den 4I9/2 durumuna Er3+ iyonlarının uyarılma enerjisine uyar.
Ardışık olarak Si iyonları ile implante edilen Er iyonlarının hassaslaşması kapsamlı bir şekilde incelenmiştir ve sonuçlar, aynı anda elde etmenin zor olduğu bir okul vakasını oluşturmaktadır: (i) Uygun boyutta Si kümeleri, (ii) Er atomları yerine oksit içinde katı çözeltide silisit partiküllerinde [PIV 03], (iii) fakat aynı derinlikte. Bununla birlikte, bazı yararlı cihazlar fabrikasyon gibi görünüyor.
IBS Tarafından Elde Edilen Çeşitli Yapılar
IBS, sıralı implantasyon yoluyla tek bir elementten veya bir bileşikten yapılmış çok çeşitli nanokristaller ve kuantum noktaları oluşturmak için kullanılmıştır. Yağışın doğası implantasyon sırasına bağlı olabilir.
Kontrollü bir plazmon rezonans enerjisine sahip alaşımlı parçacıklar elde etmek amacıyla 2 metalin implantasyonu, örneğin tavlamadan sonra 2 element bir çözünürlük aralığı gösterdiğinde veya bunlardan biri matriste daha fazla çözünür olduğunda çekirdek-kabuk parçacıklarının oluşumuyla sonuçlanır.
Zhao ve diğerleri tarafından önerilen bir çözüm vardır. homojenliği engelleyen ve oluşan fazların doğasını değiştiren ikinci implantasyon sırasında ilk implante edilen iyon türlerinin yeniden dağılımı sorununa, iki iyon tabancası arasında hızlı geçişi içeren dinamik birlikte implantasyon dahildir.
Hemen hemen tüm yarı iletkenlerin NC'leri, NC'leri daha büyük boşluklu bir matrise gömerek eksitonları sınırlamak ve yüzeylerini çevre ile reaksiyona karşı korumak amacıyla silika, alümina ve silikonda sentezlenmiştir.
Temel bir bakış açısından, konağın iyonikliğinin oluşan fazların kristal doğasını etkilediğini not etmek ilginçtir. Örnek olarak, implantasyon koşullarını değiştirerek a-Al2O3'te altıgen wurtzite veya kübik çinkoblend yapısına sahip CdS ve CdSe kristalleri üretmek mümkündür, çünkü bu matris balistik hasara karşı çok az hassastır.
İmplantasyon orta sıcaklıkta (~600°C) gerçekleştirildiğinde, dinamik tavlama alümina kristalini tutar ve epitaksiyel ilişkiler altıgen yapı ile NC'lerin oluşumunu destekler. Aksine, implantasyon düşük bir sıcaklıkta (LN2) gerçekleştirildiğinde, alüminanın yakın yüzey bölgesi amorfize olur.
Simülasyon tekniği
Simülasyon Örnekleri
Simulasyon Nedir
Simülasyon eğitimi
Simülasyon Nasıl Yapılır
Simülasyon Programları
Simülatör Nedir
Simülasyon nedir kısaca
Tavlamanın ardından, şekilsiz katman ilk önce aynı simetriye (çinkoblend) sahip NC'leri gömen metastabil γ-Al2O3 kübik yapısı ile kristalleşir. Dinamik tavlamanın az ya da çok verimliliğiyle ilişkilendirilen başka bir yapı modifikasyonu örneği, tek Si kristallerinde β-FeSi2 sentezi sırasında gözlemlenendir.
Fe atomlarını yeterince yüksek sıcaklıkta (yaklaşık 400°C) silikon içine yerleştirirken, eksenleri Si eksenine paralel hizalanmış β-FeSi2 çökeltileri elde edilir. Fe daha düşük sıcaklıkta implante edildiğinde rastgele yönlendirilmiş parçacıklar oluşur. 800°C veya daha fazla sıcaklıkta daha fazla tavlamadan sonra, Si tek kristalinin yapısı ikinci durumda mükemmel bir şekilde geri yüklenirken, epitakside parçacıkları içeren kristalde çok sayıda dislokasyon döngüsü kalır.
Metaloid emplantasyon yoluyla seramik bileşiğinin metallere sentezlenmesi durumunda, yeni oluşan fazlar genellikle nadiren amorfize olan (bilinen metalik cam bileşimleri dışında) matris tanecikleri ile epitaksi içinde büyür. Örneğin, yakın paketleme düzlemleri arasındaki epitaksi ilişkileri ile N'nin Ti'ye implantasyonu ile ikinci dereceden bileşik Ti2N'nin, ardından kübik faz TiN'nin oluşumunu gözlemliyoruz.
Kanallaşma koşullarında implantasyon, iyon aralığını önemli ölçüde artırmayı ve konakçı materyalin zarar görmesini sınırlamayı mümkün kılar. Menzildeki artışla bağlantılı olarak, ekilen türler kendi kendine püskürtmeye daha az maruz kalır ve doğal oksit yüzey tabakasından geri tepme implante edilmiş O atomları ile oksidasyona karşı daha fazla korunur. Gömülü ve saf FeSi2 veya ErSi2 katmanları bu koşullarda büyütüldü.
Nadir gaz atomları, genellikle tüm malzemelerde yüksek akışlarda kabarcıklar oluşturur; bu etki, iyon tabancalarının veya reaktörlerin duvarlarının kabarmasının kökenindedir. Bu boşluklar, örneğin daha sonra yüzey üzerinde buharlaştırılan ve başka bir ısı veya ışınlama işlemiyle karıştırılan katmanlardan oluşan parçacıkların tercihli çekirdeklenme bölgeleri olarak kullanılabilir.
Aynı şekle sahip Ag veya Au parçacıklarının büyümesi için şablon olarak kullanılan MgO kristallerinde kübik gözeneklerin oluşumunun egzotik doğasından bahsedelim.
"Kaliteli" filmlerin (yapışkanlık, homojenlik ve nihayetinde epitaksi) büyümesi, başarısını biriktirmeden önce uygun bir yüzey temizleme adımına borçludur. Mevcut birkaç teknik arasında püskürtme, basitliği ve kirleticilerin doğasına duyarsızlığı nedeniyle çekicidir.
Bununla birlikte, iyonların neden olduğu hasar, daha sonra kristal alt tabakalar üzerinde büyütülen filmlerin epitaksisini etkileyebilir ve yerinde termal tavlama ile onarılması gerekir.
Teknolojik araştırmalar, püskürtme deneylerinde yaygın olarak kullanılan Ar iyonlarının, Si substratlar üzerindeki doğal oksidi ve adsorbe edilmiş molekülleri kapsamlı bir hasar vermeden uzaklaştırmak için optimal enerjisinin 150–200 eV olduğunu, Sn'nin ise 14 keV'de maksimum olduğunu göstermektedir.
Yapı ve Morfoloji
Kristalografi
Normal insidans altındaki bir hazırlığın aksine, GLAD filmlerinin büyümesi, kristalografi ve nihai kaplamaların dokusu üzerinde doğrudan etkisi olan üç boyutta yapılabilir. Çoğu çalışma, biriktirme parametrelerinin GLAD filmlerinin mikro yapısı ve mimarisi üzerindeki etkisine ayrılmış olsa da, çok azı onların modlarını ve büyüme mekanizmalarını anlamaya odaklanmıştır.
Son zamanlarda Alouache ve Mankey, GLAD tarafından bir nanolif ağı şeklinde biriktirilen bakır tabakaların kristalografik yönelimini belirlemek için bir yöntem önerdiler. X-ışını kırınımına dayanan yöntemleri, fiberlerin eksenine göre kristalografik yönlerin dağılımına erişmek için gerekli olan 3 daireli bir açı ölçer uygular.
Yazarlar, a = 40°’nin üzerindeki partiküllerin geliş açıları için, yüzey difüzyonunun baskın fenomen olduğunu ve tercihen partikül akışı yönünde gerçekleştiğini göstermektedir. Tersine ve 40°’nin altındaki α açıları için yüzey difüzyonu izotropiktir.
Böylece, normal insidans altında hazırlanan filmler ve yaklaşık 40°’ye kadar olan geliş açıları için kristalografik oryantasyon değişmeden kalır.
Daha yüksek açılar için (α > 40°), partikül akışı tarafından tercih edilen difüzyon yönü ve artan bir gölgeleme etkisi, filmlerin dokusu üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir [ALO 05]. Bu kritik açı, çalışma koşullarına göre değişebilir ve diğer şeylerin yanı sıra alt tabakanın sıcaklığına ve biriken atomların kimyasal doğasına bağlıdır.
Bununla birlikte, bu yönelim değişiklikleri diğer yazarlar tarafından açıkça gösterilmiştir. Normal ve eğik insidanslarla biriktirilen tungsten filmlerde, α ve β kübik fazların parçacıkların geliş açısının bir fonksiyonu olarak farklı yönlerde (α fazı için <110> ve β fazı için <200>) büyüyebileceğini gösterin.
Bu değişikliği, β fazına (α fazı termodinamik olarak daha kararlı) gelen adatomların daha düşük hareketliliğine bağlıyorlar. Eğik bir insidans kullanılarak, adatomlar, yoğun dokulu büyüme bölgelerine yakın sınırlı hareketliliğe sahiptir ve bu nedenle büyüme, substrat yüzeyine dik yön boyunca tercih edilir. Normal insidans altında, büyüme tarafı hakimdir.
Buharlaştırılmış ZnS filmlerinden elde edilen sonuçlar, elde edilen sonuçları desteklemektedir. 30°’nin altındaki α geliş açıları için, x-ışını kırınımı ile yapısal analiz, (220) planlarına göre tercihli bir yönelimi ortaya koymaktadır. Daha yüksek geliş açıları için kaybolur ve filmler amorf hale gelir.
Ek olarak, uzun menzilli düzendeki bu düşüş, yalnızca yüksek geliş açıları için sabit substratlarla kaplanmış filmler için gözlenmez, zikzak veya sarmal mimarilerdeki periyotların boyutu da kristalit boyutunu etkiler.
Gözeneklilik
Geleneksel buharlaştırma veya püskürtme yoluyla biriktirilen malzemelerin doğası ne olursa olsun, yoğunluk, yığının %80 ila %95’ine ulaşır. Çalışma basıncı, sıcaklık artışı veya iyon yardımı, filmin yoğunluğunun yüzde birkaç değişimi için ana parametrelerdir.
GLAD tekniği ile, geliştirilen mimariye bağlı olarak yoğunluk aralığı genişletilebilir. Basit bir eğik çökeltme ile ve parçacık akışının geliş açısının ayarlanmasıyla, dökme malzemenin yaklaşık yüzde onu yoğunluklarına ulaşmak mümkündür.
Yoğunluk düşüşünün 70°’nin üzerindeki açılar için daha belirgin hale geldiğini belirtmek ilginçtir. Biriktirilen malzemelerin doğası da filmlerdeki gözeneklilik oranını etkiler. Bu sonuçlar, α açısının önemini ve özellikle α sıyırma değerlerine ulaştığında kaplamaların gözenekli yapısı üzerindeki etkisini göstermektedir.
Yönlendirilmiş filmlerin iki ve üç boyutlu büyümelerinin simülasyonları ayrıca yüksek geliş açıları için ve bu hem amorf hem de kristalize malzemeler için yüksek düzeyde gözeneklilik sağlar.
Tanjant kurallarından veya parçacık akışlarının dağılımı dikkate alınarak, eğik geliş altında biriken filmlerin yoğunluğu ile parçacıkların geliş açısı arasındaki ampirik ilişkiler önerilmiş ve daha sonra farklı yapıdaki malzemeler için deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır.
Bu nedenle, tek bir buhar kaynağı ile eğik insidans altında hazırlanan GLAD filmleri durumunda, kolon açısı ve gözeneklilik oranı tamamen bağımsız parametreler olarak seçilemez. Filmin kolon açısı ve gözenekliliği arasındaki doğrudan ilişkiyi önlemek için GLAD tekniğinde birkaç makul iyileştirme önerdiler.
Bir fikir, yatırma sırasında sıyırma değerlerine yakın bir geliş açısına eğimli alt tabakayı hızla döndürmektir (dakikada birkaç devir). Bu rotasyon, yapay olarak birden fazla buhar kaynağı yaratma etkisine sahiptir.
Dönme hızına ve parçacıkların akışına bağlı olarak, açılarından bağımsız olarak kolonların genişliği değiştirilebilir. Diğer ipuçları, iki buhar kaynağı veya geliş açısının +α’dan –α değerlerine sıralı bir değişimini uygular.
Yüzey Morfolojisi
Yapısal ve kristalografik özelliklere ek olarak, GLAD filmlerinin birikimi de yüzey topografyasında oldukça dikkat çekici değişikliklere yol açar. Gerçekten de, GLAD tekniği tarafından üretilen mimarilerin çeşitliliği, yalnızca filmin enine kesiti aracılığıyla belirgin değildir.
Yüzey durumları büyük ölçüde dönüştürülebilir. Eğik bir geliş açısı kullanılarak püskürtülerek biriktirilmiş titanyum kaplamalar üzerinde yapılan ilk gözlemler buradan gelmektedir. Yazarlar, filmlerin simülasyonunun ve geliştirilmesinin, geliş açısına karşı eliptik bir bölüm sergileyen sütunlarla sütunlu bir yapı ürettiğini gösteriyor.
Gölgeleme etkisinden dolayı altlık yüzeyine paralel bir yapısal anizotropi gelişir. Bu etki, esas olarak buhar akışının geliş yönünde, geliş düzlemine veya gölgelenme yönüne dik zincirlerle birbirine bağlı büyüme adacıklarının oluşumuna yol açar.
Aynı yazarlar, 60° aralığındaki parçacıkların geliş açısı için, yüzey difüzyonunda gölgeleme etkisinin hakim olduğunu da ortaya koymaktadır. Açıyı daha da artırarak, gölgeleme etkisi nedeniyle büyüyen alanların sayısı daha da belirginleşir. Adalar arasındaki ortalama mesafe artıyor. Bunlar daha sonra her yönden birbirlerinden ayrılarak anizotropi kaybına neden olur.
Yüzeyin atomik kuvvet mikroskopisi ile yapılan gözlemler, partiküllerin geliş açısının kaplamaların nihai özelliği üzerindeki temel rolünü yansıtır.
Substratın normaline yakın bir geliş açısı için, kolonların tepesi oldukça keskin bir görünüme sahiptir ve birkaç nanometre mertebesinde yüzey pürüzlülüğü ile incelir. 30°’nin üzerindeki geliş açıları için görünüm nodüler hale gelir ve buna onlarca nanometrelik artan pürüzlülük eşlik eder, hatta otlatma açıları için daha da fazladır.