바나듐이 산화물 및 온도 따른 광 모델의 원자 층 증 착

주의: 사용 하기 전에 모든 관련 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오 하 고 모든 적절 한 안전 관행 및 절차를 따르십시오. 바나듐이 산화물 원자 층 증 착 성장 ALD 반응 기를 사용합니다. ALD 성장을 위해 사용 하는 선구자는 tetrakis(ethylmethylamido)vanadium(IV) (TEMAV) 오존 (초고 순도 UHP, 0.3 slm 흐름과 압력을 지지 하는 5 psi에서 99.999% 산소 가스에서 생성 된). 또한, UHP (99.999%) 질소 가스 제거 반응 기 약 실 사용 됩니다. 후속 진공 anneal, UHP 산소 가스 방출에 대 한 어 닐 링 및 UHP 질소 중에 사용 됩니다. TEMAV 가연성 이며 적절 한 엔지니어링 제어에만 사용 해야 합니다. 압축된 산소 가스 위험 이며 적절 한 엔지니어링 제어에만 사용 해야 합니다. 압축 된 질소 가스 위험 이며 적절 한 엔지니어링 제어에만 사용 해야 합니다. 모든 가스 (TEMAV, 산소, 오존, 질소) 적절 한 공학적 안전 통제를 사용 하 여 ALD 반응 기에 연결 됩니다. 스테인레스 스틸 튜브 이후 청소기 그리고 더 신뢰할 수 있는 플라스틱 튜브 ALD 반응 기, 오존 발생기를 연결 합니다. 별도 UHP 산소와 질소 소스는 어 닐 링 절차를 시작 하기 전에 적절 한 공학적 안전 통제를 사용 하 여 챔버 진공에 연결 됩니다. 아세톤 2-프로 판 올 irritants와 적절 한 개인 보호 장비 및 안전 절차 (예, 장갑, 연기 후드, 등)에 사용 해야 1. 원자 층 증 착 사파이어 기판에 바나듐 산화물의 다음과 같이 c-Al2O3 (사파이어) 기판 청소: 용 매 sonicator 5 분 동안에 40 ° C에서의 아세톤에 기판 청소 그리고 전송 직접 (린스) 40 ° C에서 2-프로 판 올을 sonicate 5 분 린스 이온 실행에 기판에 대 한 2 분 동안 물 하 고 질소 가스로 건조. ALD 반응 기 챔버 150 ° C에서 인지 확인 하 고 질소 가스로 ALD 반응 기를 환기. 부하는 원자로에 사파이어 기판 청소, 원자로, 닫고 하 펌프 < 17 Pa 진공. 샘플 150 ° c.에 도달 하면 되도록 대기 적어도 300 s 흐르는 ALD 챔버 준비 실로 20 sccm UHP 질소 (기본 압력 36을 초과 해서는 안 Pa), 그리고 다음 15 포화 사이클, 1 개 주기 15 s 제거 다음 0.05의 펄스가 오존을 펄스. 바나듐이 산화물을 성장, 0.03에 대 한 TEMAV 펄스 s 뒤에 30 s 제거, 다음 펄스 오존 0.075에 대 한 s 뒤에 30 s 제거. 이 펄스를 반복 하 고 주기 원하는 성장에 도달할 때까지 제거.참고:이 과정은 거의 0.7-0.9의 성장 율을 가진 선형 Å 주기 당. 첫 번째 UHP 질소 가스로 ALD 반응 기 챔버 배기 여 ALD 반응 기에서 샘플을 제거 합니다. 실내 온도에 냉각 금속판 (열 싱크)에 샘플을 놓습니다. ALD 반응 기를 닫고 하 펌프 < 17 Pa 진공. 샘플은 사파이어 기판에 비정 질 바나듐 산화물 필름을 이제 포함 되어 있습니다.주의: 제거 샘플 신중 하 게, 이후 샘플은 150 ° c가 열 2. 어 닐 링 참고: 단계 1에서에서 ALD 기술에 의해 성장 하는 VO2 영화 비정 질 VO2생산. 지향된 다 보2 영화를 만들려면 샘플 사용자 정의 초고 진공 챔버 6 방향 십자가 있는 어 닐 링에 단련 된다. 어 닐 링 챔버를 청결 한 유지 하는 로드 잠금 삽입 하 고 예제를 제거 만들어집니다. 3″직경 산소 방지 히터 정의 플래티넘 와이어 히터로 구성 된다. 이 히터는 샘플 탑재 되는 산화 인 코넬 썰매의 복사 난방을 제공 합니다. 썰매는 히터에서 샘플의 좋은 열 전달 위한 높은 방사 율. 로드 잠금, 썰매 인지 확인 다음 UHP 질소 가스로 부하 자물쇠를 환기 하 고 부하 자물쇠를 열. 로드 잠금에 썰매에 샘플을 놓고 로드 잠금 챔버를 닫습니다. ~0.1 Pa 로드 잠금 펌프 황삭 펌프를 사용 하 여. 다음으로, 터보 펌프와 펌프 부하 잠금을 전환할 < 10-4 실바 게이트 밸브를 열고 하 고 어 닐 링 챔버에 썰매를 전송 하는 어 닐 링 펌프 챔버 < 10-5 아빠 흐름 1.5 sccm 초고 순도 (UHP, 99.999%) 어 닐 링 챔버로 산소.참고: 낮은 흐름 율을 보장 하기 위해 5 sccm 질량 유량 컨트롤러를 통해 산소를 실행 합니다. 1 x 10-4 와 7 x 10-4 실바 사이 여야 합니다는 압력 샘플 150 ° c.에 도달 하기 전에 달성 해야 하는이 압력 썰매가 열 560 ℃ (고온 계와 열전대 측정)에 난방을 사용 하 여 진입로 보류 ~ 20 ° C/분의 속도 (300 영화 Å)에 대 한 2 h 560 ° C에서 썰매.참고: 어 닐 링 시간 종속 두께입니다. 경험적 데이터 예제 250 Å 하지만 h 1을 어 닐 링 제안 500 Å 두께. 히터 및 히터 조립품 (으로 부하 잠금)에서 썰매를 제거 하 여 샘플을 끄다. 샘플 온도 미만 150 ° C (예를 들어, 샘플의 온도를 측정 부하 잠금 고온 계 사용) 될 때까지 산소 환경에서 샘플을 유지.참고: 더 나은 샘플도 낮은 온도까지 대기에 의해 달성 된다. 일단 샘플은 < 150 ° C, 산소 흐름을 해제 하 고 게이트 밸브를 닫습니다. UHP 질소 가스를 환기. 샘플을 제거 < 50 ° C와 장소에 금속 접시를 실내 온도에 냉각 (열 싱크) 샘플. 로드 잠금 빈 썰매와 0.1 펌프를 닫습니다 황삭 펌프를 사용 하 여 Pa. 터보 펌프와 펌프 부하 잠금을 전환 < 10-4 실바 3입니다. 특성화 532 nm 레이저 구동 소스와 라만 분광학을 사용 하 여 샘플을 검사 합니다. 현미경에는 샘플을 로드 하 고 초점으로 그것을. 소프트웨어에서 카메라 이미지의 샘플 초점을 확인 합니다. 4 스캔 레이저 전원 설정 mW, 0.125에 노출 시간 s, 10, 검사의 수와 미리 보기 크기 40 µ m. 라만 스펙트럼 관찰 라이브 스펙트럼을 클릭 합니다. 초점, 레이저 전원, 노출 시간, 및 검사의 수 신호 대 잡음 비를 최대화 하기 위해 최적화 합니다. 스펙트럼 데이터를 저장 하려면 저장을 클릭 합니다.OMNIC에서 스펙트럼을 엽니다. 봉우리를 식별 하기 위해 “Pk 찾기” 버튼을 클릭 합니다. 결정 화도, 위상 (VO2 대 보, V2O3, V2O5, 등.), 스트레인 비교 봉우리 바나듐 산화물12,13에 대 한 데이터를 참조 하 여.참고: 좁은 봉우리 결정 고품질, 라만 phonon 모드 193, 222, 612 c m-1 의 강화 및 389 cm-1 모드의 연은 VO2 크리스탈에 인장 스트레인의 지표. X 선 회절 (XRD) 하 여 방향, 결정, 및 단계를 확인 합니다.참고: XRD 스펙트럼에 봉우리의 모양을 결정 구조, 결정 구조와 방향을 구체적으로의 성격을 나타냅니다. VO2의 다른 비행기에 대 한 무기 결정 구조 데이타 베이스 (ICSD) 카드를 XRD 데이터 피크의 2Θ 각도 일치 하 여 할머니2 의 방향을 결정 합니다. 다른 바나듐 산화 단계의 카드 데이터 봉우리 여는 단계를 결정 합니다. 표준 데이터베이스에 실험적인 봉우리의 수동 비교는이 작품에서 수행 되었다. 39.9도 하나의 VO2 피크 VO2 크리스탈 품질을 확인 하 고 단사 (020) 방향을 보여 줍니다. 엑스레이 광전자 분광학 (XPS)에 의해 산출할 및 불순물 수준 결정 샘플 홀더에 샘플을 로드 합니다. 소프트웨어 열고 환기 부하 잠금을 클릭 합니다. 로드 잠금, 샘플 홀더를 삽입 하 고 아래로 펌프를 클릭 합니다. 압력까지 기다려 < 4 x 10-5 아빠 챔버로 샘플 홀더를 이동 하려면 전송 단추를 클릭 하십시오. 약 실 압력은 확인 < 7 x 10-6 아빠 실험 트리로 측정 매개 변수를 입력 합니다. X 선 총 400 µ m 크기를 켜고 홍수 총 켭니다. 조사 측정 지점을 추가 하 고 (V와 O) 영화 요소 뿐만 아니라 선구자 요소 (C와 N)의 높은 해상도 스캔에 대 한 포인트를 추가 합니다. 각 측정에 대 한 통과 에너지 (조사 200 eV와 고해상도 스캔을 위해 20 eV)와 검사 (2 이상의 조사와 높은 해상도 대 한 15)의 번호를 추가 합니다. 십자선 포인트 측정 샘플에 원하는 위치에 놓습니다. 클릭 하 고 실험 트리 제목 실험 “실행” 메뉴 모음에서 모든 측정 검사 실행을 클릭. 식별 하 고 영화에 있는 요소를 분석 조사 ID 절차를 실행 합니다. 수동 피크 피크 맞는 버튼 뒤를 추가 고해상도 데이터에서 결합 분석을 선택 합니다. XPS 수첩14에 따라 통합된 피크 농도의 비율을 복용 하 여 산출할을 결정 합니다. 끝나면 종료는 총 클릭 이동 하려면 전송 단추 부하 잠금에 샘플 홀더. 일단 샘플 로드 자물쇠에, 환기 부하 잠금을 클릭 하 고 샘플을 언로 드.참고:이 설문 조사에서 불순물을 식별 함으로써 모든 성분의 존재를 식별 합니다. 그림 1에서 보듯이 특정 바인딩 에너지에 XPS 봉우리 바나듐 산화물의 valences 보여줍니다. 예를 들어 이러한 결과 두 대표 XPS 측정 깊이 클러스터 이온 총 에칭으로 입금 샘플 프로 파일링 하 여 얻은 보여 줍니다. 표면의 XPS 측정 (영화의 대량)에서 에칭된 샘플의 XPS 측정 표시 피크 ~ 516 eV에서 VO2의 존재를 보여주는 V2O5의 존재를 보여주는 ~ 518 eV에서 피크를 보여준다. 전체-폭-에-절반-최대 (즉, 차 순도) 영화에서 바나듐의 본딩 균일성을 나타냅니다. 또한, 다른 에너지 봉우리 수의 식별 분석 오염 (> 1%). 원자 힘 현미경 (AFM)을 사용 하 여 형태를 결정 AFM 전자와 컴퓨터를 켭니다. Nanoscope 프로그램을 시작 하 고 선택 로드 실험 도청 모드를 선택 합니다. 단계를 초기화 합니다. 화면 왼쪽에 실험 순서를 따라 하 고 설정 메뉴를 클릭 합니다. 캔틸레버에 초점 광학 초점 컨트롤을 사용 합니다. 레이저 위치 최적화를 클릭 하 여 조사에 레이저를 맞춥니다. Autoalign 감지기 단추를 클릭 한 다음 Autotune 캔틸레버를 클릭 합니다. 샘플을 로드 하 고 진공을 켭니다. 탐색 버튼을 클릭 하 고 머리 아래 예제를 트랙볼을 사용 하 여. 팁 반사를 클릭 하 고 팁은 초점에까지 초점 버튼을 누른 채로, 트랙볼을 사용 하 여 샘플 표면에 머리를 낮은. 샘플 단추를 클릭 하 고 AFM 후드를 닫습니다. 확인 매개 변수 메뉴를 클릭 합니다. 스캔 크기는 확인 < 1 µ m 및 설정 512 샘플/라인. 참여 메뉴를 클릭 합니다. 대기 20 s. 3 µ m 및 스캔 속도에서 3.92 Hz. 두고 최적화 이미지, 필요한 경우 매개 변수를 변경 하 여 스캔 크기 설정: 드라이브 진폭, 진폭 세트 포인트, 정수 및 비례 이득. 캡처 단추 다음 프레임 아래로 버튼을 클릭 하 여 원하는 이미지를 캡처하십시오. 스캔을 따라 철회 버튼을 클릭 합니다. 분석 소프트웨어에서 열려면 원하는 이미지에 더블 클릭. 형태를 결정 하려면 결합 버튼을 클릭 하 고 클릭 실행. 거칠기 표면 거칠기를 계산 하 여 입자 분석 깊이 히스토그램을 계산 하 여 입자 크기를 의미 클릭을 클릭 하 여 통계 매개 변수를 추출 합니다. 이동 메뉴를 클릭 하 고 샘플 로드 위치를 클릭 합니다. 진공 끄고 샘플을 언로 드.참고: 샘플 샘플에서 일관성을 위해 같은 AFM 스캔 매개 변수 유지. 광 투과율 및 반사율을 결정 합니다. 가변 광 소스를 사용 하 고 광 투과율과 반사율 (또는 근처)에서 근 적외선 영역에서 정상적인 부각을 측정 한다. 보정 샘플 100% 투과율과 반사율 100% 근처에 골드 미러 없이 시스템. 온도 제어 단계에 VO2 샘플을 로드 합니다. 원하는 온도에서 샘플을 안정화 합니다. 측정 투과율과 반사율 원하는 스펙트럼 범위, 예를 들어 적외선 근처 지역.참고: 최적의 결과 대 한 온도 해야 적어도 20 ° C 위와 아래 보2 (일반적으로, 68 ° C)의 전환 온도 변화. 4. 모델링 광학 상수 (유전율 및 굴절률) 광자 에너지, E, 다음 수식을 사용 하 여의 기능으로 복잡 한 유 전체 유전율, ε, 모델 ( n 발진기의 합계에 따라 높은 주파수 유전율 ε∞ 가 어디 n 는 발진기 진폭, En 발진기 에너지 및 Bn 발진기 댐핑):참고: 사용자 정의 Matlab 프로그램 분석 하 고 데이터를 모델링. 단계 4.1, 사파이어 기판에 대 한 알려진된 매개 변수를 입력 하 고 광학 파장의 기능으로 유 전체 유전율을 계산 하려면 다음을 사용 합니다. 다음 계산 하는 굴절률 (n = √ε), 고 반사율과 투과율 기판의 계산 굴절 인덱스를 사용 하 여. 단계 4.2 측정 된 데이터의 결과 비교 하 고 그로 인하여 측정 및 계산 결과 오류를 줄이기 위해 단계 4.2의 입력된 매개 변수를 업데이트 하는 최적화 기법 (예: Nelder 미드15)를 사용 사파이어 기판에 대 한 매개 변수를 최적화. VO2 단계 4.1에서에서 방정식에 대 한 매개 변수를 예상 하 고 유 전체 유전율을 계산 하려면 다음을 사용. 다음 계산 하는 굴절률 (n = √ε) 사용, VO2 두께, 기판 두께, 굴절률 (단계 4.3)에서 광 파장, 광학 편광 및 부각의 각을 전송16 입력으로 반사율 및 투과율 VO2 코팅 기판의 얻을. VO2 입력된 매개 변수를 업데이트 하 여 할머니2에 대 한 매개 변수를 최적화 함으로써 측정 및 계산 결과 오류를 줄일 수 (예: Nelder 미드15)는 최적화 기법을 사용 합니다. 4.2 4.4에 바나듐 산화물 (30에서 90 ° C 온도)의 단 열 및 금속 상태에 걸쳐 여러 온도에서 단계를 수행 합니다. 모델 VO2 의 굴절률의 온도 의존 다음과 같습니다.어디 εVO2(T) 온도, VO2 의 굴절률은 ε기능 ε금속 은 절연 및 금속 단계 및 f (t)의 유 전체 유전율 및 절연 및 금속 광 속성의 배포 제어 온도 따른 함수 이다. F (t) 에 대 한 페르미-디랙-같은 기능을 사용 하 여 효과적인 매체 근사17,,1819에 의해 주어진 유사한 격리 및 금속 상태 사이의 전환 제어.Tt 는 전이 온도 W 는 전환의 너비를 제어. 전이 온도 너비 최적화 측정 및 계산 결과 오류를 줄이기 위해 f (t) 에 대 한 수식에 매개 변수 (W 및 Tt)를 업데이트 하는 최적화 기법을 사용 합니다. 이 유 전체 유전율 및 VO2의 굴절률에 대 한 온도 파장 의존 모델에서 발생합니다.