基板への面水平振動の印加による高品質単結晶膜成長

通过对基板施加平面水平振动来生长高质量的单晶薄膜

• 批准号: 12875056
• 负责人: 中村 僖良
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12875056/
• 关键词: 膜成長; 圧電振動子; ZnO薄膜; LiNbO_3振動子; MBE

本研究は、膜成長時に基板に水平振動変位を与えてやれば、基板に到達した原子が表面上を移動する原動力を与えられて最も安定なサイトにトラップされ、これにより高品質単結晶膜成長が可能になるのではないかという発想に基づいている。本研究の目的は、膜成長時の基板への面水平振動変位の付与による、表面が平坦で低転位密度の高品質単結晶膜成長の可能性を追求することにある。そこで、ZnO膜のECR-MBE法による単結晶膜成長の場合について、基板振動・加熱機構を開発し、基板に水平振動変位を与えて膜の成長を試みた。以下にその研究の概要を示す。1.高温の基板に大振幅の低周波水平振動を与える方法として、ニオブ酸リチウム結晶の層状反転ドメインを利用した屈曲振動子を用いる方法を検討した。しかし、高温での振動子固定が難しく構造が複雑になることから、この水平変位付与法は採用しないことに決めた。2.高温の基板に一様で大振幅の高周波水平振動を与える方法として、ニオブ酸リチウム圧電結晶板の厚みすべり振動を利用する方法を検討した。結晶の最適切断方位を解析により明らかにし、振動励振法として163°回転Y板の垂直電界励振を利用する方法と、Z板の水平電界励振法を利用する方法を検討した。その結果として、ZnO(001)配向膜のエピタキシャル成長が可能な後者の方法を採用することに決定した。3.基板の加熱と振動印加が同時に可能な圧電結晶振動子ならびに基板の固定のための最適な方法・構造を考案し、その製作を行った。さらに、振動子の共振特性、振動振幅などを測定し、これに基づいて印加電圧およびその周波数を決定した。4.ECR酸素ビーム源を用いた分子線エピタキシー(ECR-MBE)法によるZnO膜のエピタキシャル成長を取り上げ、LiNbO_3基板に水平振動を与えて成膜を試みた。5.基板に水平振動を与えた場合と与えない場合について、成長膜の膜質をX線ロッキングカーブ測定により評価したところ、水平振動を印加した場合のほうがロッキングカーブの半値幅(FWHM値)が小さく膜質が良いという結果が得られた。このことは、期待していたように水平振動の効果によるものと考えられるが、今後詳細な検討が必要である。

In this study, the horizontal vibration of the substrate and the movement of the atoms on the surface of the substrate during film growth were studied. The purpose of this study is to investigate the possibility of high quality single crystal film growth with flat surface and low site density during film growth In addition, the ECR-MBE method for ZnO film is used to test the growth of crystalline film, substrate vibration, heating mechanism, horizontal vibration and film growth. A summary of the research is presented below. 1. High temperature substrate with large amplitude and low frequency horizontal vibration It is difficult to fix the vibrator at high temperature. The structure is complex. The horizontal position is assigned to the method. 2. High frequency horizontal vibration of high temperature substrate is discussed. Analysis of optimum cutting orientation of crystal, vibration excitation method, vertical electric field excitation method of 163° return Y plate, horizontal electric field excitation method of Z plate are discussed. As a result, ZnO(001) alignment films can be grown by using the latter method. 3. The heating and vibration of the substrate can be carried out simultaneously with the vibration of the voltage crystal and the optimum method for fixing the substrate. The resonance characteristics of the oscillator, the vibration amplitude, and the number of cycles of the oscillator are determined. 4. ECR-MBE method for ZnO film growth and horizontal vibration of LiNbO_3 substrate 5. In the case of horizontal vibration of the substrate and in the case of horizontal vibration, the film quality of the growth film is measured by X-ray. In the case of horizontal vibration, the film quality is measured by half-amplitude (FWHM). The results of horizontal vibration are expected to be discussed in detail in the future

项目成果

Kiyoshi Nakamura: "Growth of ZnO Films on (012) LiTaO_3 by ECR-MBE and Determination of Their Polarity"Proc.of ISAF 2000,July 30-August 2,2000. (2000)

Kiyoshi Nakamura：“通过 ECR-MBE 在 (012) LiTaO_3 上生长 ZnO 薄膜并测定其极性”Proc.of ISAF 2000，2000 年 7 月 30 日至 8 月 2 日。

Kiyoshi Nakamura: "ZnO Film Growth on (0112) LiTaO_3 by Electron Cyclotron Resonance-Assisted Molecular Beam Epitaxy and Determination of Its Polarity"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.39No.6A. L534-L536 (2000)

Kiyoshi Nakamura：“通过电子回旋共振辅助分子束外延在(0112) LiTaO_3上生长ZnO薄膜并测定其极性”Jpn.J.Appl.Phys..Vol.39No.6A。