Framställning av multilagerfilmen AlN-HQ

Linköpings universitet | Institution för fysik, kemi och biologi Kandidatarbete, 16 hp | Programområde: Oorganisk kemi Vårterminen 2021 | LITH-IFM-G-EX—21/4018--SE

Framställning av multilagerfilmen

AlN-HQ

Fabrication of multilayer film AlN-HQ

Matilda Karlsson

Examinator, Henrik Pedersen Handledare, Polla Rouf

Förord

Detta arbete var den slutgiltiga delen av mina studier på kandidatprogrammet Kemi – Molekylär Design vid Linköpings Universitet. Mitt arbete utfördes i Pedersengruppen på Linköpings Universitet och det har varit mycket spännande och lärorikt att få sätta sina kunskaper på sin spets. Det har varit en mycket roligt tid att få arbeta med mitt examensarbete trots att det varit intensivt.

Jag vill ge ett stort tack till Polla Rouf som har handlett mig under detta arbete och utan dig hade jag inte kunnat slutföra detta arbete. Vidare vill jag tacka hela Pedersengruppen för ert trevliga bemötande och utbytande av kunskap på gruppmötena varje vecka. Det har varit mycket till hjälp. Till sist går ett stort tack till min examinator Henrik Pedersen som har gett mig ett otroligt stöd bra stöd under hela arbetets gång.

Matilda Karlsson Linköping, maj 2021

Sammanfattning

Tekniken atomlagerdeponering, ALD, har funnits sedan 70-talet och skapat möjligheten att framställa metoder för oorganiska tunnfilmer på nanonivå. På senare tid har intresset ökat för att kunna framställa organiska tunnfilmer med molekyllagerdeponering, MLD, och kunna kontrollera dess tjocklek och komposition på molekylnivå. För att utveckla tunnfilmerna ytterligare har en kombination av organiska och oorganiska tunnfilmer börjat framställas för att kunna få ut de bästa egenskaperna ur vardera typ av tunnfilm.

Syftet med detta examensarbete var att framställa multilagerfilmen AlN-HQ på ett

kiselsubstrat. Det inleddes med en stor litteraturgenomgång och planering av upplägg. För att sedan följas av den praktiska körningen av ALD:n. Den praktiska delen avslutades med att analysera tunnfilmerna med ATR-FT/MIR (attenuated total reflectance fourier transform mid-infrared spectroscopy) och XRR (X-ray reflectivity). All information som tagits fram

sammanställdes och utvärderades.

En analys av tjocklek försöktes genomföras men XRR visade sig ej vara lämpligt. För utveckling av metoden för framställning av multilagerfilmen AlN-HQ behöver tjockleken vara känd. Det skulle troligen kunna analyseras med scanning electron microscopy, SEM, men den typen av analys har inte varit föremål för denna studie.

Abstract

The method Atomic Layer Deposition, ALD, has been available since the 1970´s and it has opened the possibility to fabricate methods for inorganic thin films on a nanoscale. Later the interest for fabricating organic thin films with Molecular Layer Deposition, MLD, and controlling both the thickness and the composition of the film on a molecular scale. To develop the thin films a bit further a combination of organic and inorganic thin films is fabricated and therefore the best properties of the two types of thin films are combined. The purpose of this bachelor´s thesis was to fabricate the multilayer thin film AlN-HQ on a silicon substrate. It began with a substantial review of the literature and planning of the approach. Followed by the laboratory work with fabricating the thin film by ALD. The laboratory work ended with analyzing the thin films by ATR-FT/MIR (attenuated total reflectance fourier transform mid-infrared spectroscopy) and XRR (X-ray reflectivity). All data provided where summarized and evaluated.

An analysis of the thickness of the thin film was attempted with XRR but was not adequate for these samples. For a development of the method fabrication of the multilayer film AlN-HQ the thickness needs to be known. It could probably be analyzed by Scanning Electron Microscopy, SEM, but that type of analysis was not a part of this study.

Förkortningar

ALD – atomlagerdeponering (atomic layer deposition) ALE – atomic layer epitaxy

AlN – aluminiumnitrid

ATR-FT/MIR – attenuated total reflectance fourier transform mid-infrared spectroscopy ATR-FT/NIR – attenuated total reflectance fourier transform near-infrared spectroscopy CVD – kemisk förångningsdeponering (chemical vapor deposition)

DTGS – deutererad triglycerinsulfat FTIR – fourier transform infrared HQ – hydrokinon

LT-ALD – low temperature atomic layer deposition

MCT – kvicksilver, kadmium, tellur (mercury cadmium telluride) MLD – molekyllagerdeponering (molecular layer deposition) PET – polyetylen tereftalat

PMDA – pyromellitic dianhydride

Sccm – standard milliliter per minut (standard cubic centimeters per minute) Sec – sekunder (seconds)

Innehållsförteckning

Syfte och frågeställning ... 2

Avgränsningar ... 2

Processbeskrivning ... 3

Diskussion kring val av litteratur ... 3

Litteraturgenomgång ... 4

Tunnfilm och halvledare ... 4

Kemisk förångningsdeponering ... 4

Atomlagerdeponering ... 4

Källmolekyler för multilagerfilm AlN-HQ ... 6

Trimetylaluminium ... 6

Ammoniak ... 6

Hydrokinon ... 6

Fourier Transform Infrared Spectroscopy ... 6

X-ray reflectivity ... 8 Tidigare forskning ... 8 Metod ... 10 Deponering ALD ... 10 Analys ATR-FT/MIR ... 12 Analys XRR ... 12

Resultat och diskussion ... 15

Framställning av tunnfilm ... 15

Placering i kammaren ... 19

XRR ... 22

Slutsats ... 23

Litteraturförteckning ... 24

Bilagor ... 25

Bilaga 1 Gantt-schema ... 25

Bilaga 2 ALD ... 26

Bilaga 3 Resultat ATR-FT/MIR ... 27

K0781 ... 27 K0782 ... 27 K0783 ... 28 K0784 ... 28 K0795 ... 29 K0796 ... 30 K0797 ... 31 K0798 ... 32 K0800 ... 33 K0801 ... 33

1

Inledning

Tunna skikt av material, tunnfilmer, finns numera överallt. Dagens elektronik är konstruerad av lager av diverse tunnfilmer med strikt kontrollerade egenskaper. Skapandet och forskning kring tunnfilm är det som gör att din mobiltelefon fungerar idag.

En av de viktigaste teknikerna för att framställa tunnfilmer har blivit kemisk

förångningsdeponering. Där sker kemiska reaktioner som då bygger upp som en film på en yta, även kallat ett substrat. Nu har även intresset ökat för att producera organiska tunnfilmer med MLD/ALD ibland kombinerat med oorganiska lager (Sundberg & Karppinen, 2014).

Bakgrund

På 1970-talet började T. Suntola och hans forskarteam att utveckla den nya tekniken ALD. Det startade med att forskningen behövde försöka matcha teknikens framgång och producera förbättrade tunnfilmer och dessutom i mindre format än tidigare. Fokuset för Suntolas

forskargrupp blev då att utveckla de tekniska enheterna snarare än att publicera

forskningsartiklar kring den nyupptäckta metoden. Metoden kom att kallas Atomic Layer Epitaxy, ALE. Epitaxi definieras som en typ av kristallbildning eller deposition av material där kristallstrukturer bildas likt kristallstrukturen på substratet. Till slutet av 2000-talet benämndes metoden som ALE på grund av att forskarvärlden inte ville acceptera ett nytt namn, ALD (atomic layer deponering). Men det blev mer och mer accepterat efter millennieskiftet och tekniken benämns som ALD än idag. (Pinna & Knez, 2012)

För att kunna utveckla tekniken ALD så krävdes reaktorer som klarar processen med vakuum och varmare temperaturer. Till en början beskrevs metoden med enbart rena grundämnen som ingående reaktanter för att producera tunnfilm. Den första ALD-reaktorn var en

roterandesubstratreaktor. Substratet förflyttades mellan ett källmolekylsflöde och ett annat källmolekylsflöde. Denna typ av reaktor la grunden för utvecklingen av roll-to-roll ALD, även kallat spatial ALD. Den moderna ALD-reaktorn baseras på att källmolekylen ventileras ut och nästa gas släppts in medan substratet ligger i en hållare fast i reaktorn. (Pinna & Knez, 2012)

Utvecklingen av det inerta gassystemet som skedde under tidigt 80-tal blev genombrottet för att under lågt tryck flöda in källmolekyler. Den innovationen ledde i sin tur till att ALD blev kommersiellt för forskare några år senare. ALD visade sig då vara en mycket bra metod för att ta fram täta nålhålsfria tunnfilmer för TFEL-displayer (TFEL – thin film electroluminescent display). För att kunna motstå de högelektriska fälten togs tunnfilmer fram baserat på Al2O3

eller AlxTiyO, ZnS:Mn och Al2O3. (Pinna & Knez, 2012)

Det stora genombrottet för ALD-tekniken kom vid millennieskiftet när intresset för

mikroelektronik och forskning kring det ökade. Den största publiciteten kring ALD var när företaget Intel presenterade hur de använde ALD i produktionen av transistorer (Pinna & Knez, 2012). Efter det har intresset för att med ALD producera tunnfilm till teknologin bara

2 ökat och fler möjligheter har öppnats upp när även molekyllagerdeponering lanserades, MLD (Sundberg & Karppinen, 2014).

Syfte och frågeställning

Syftet med detta arbete var att framställa en multilagerfilm bestående av ett oorganiskt lager AlN, aluminiumnitrid, varvat med ett organiskt lager med HQ, hydrokinon samt att se om placering i kammaren påverkar kvaliteten på tunnfilmen. Målet är att få fram grundstrukturen liknad den illustrerad i figur 1 nedan, där de ljust grå atomerna illustrerar aluminium, de mörkgrå atomerna illustrerar kol, de röda atomerna illustrerar syre samt de blå atomerna illustrerar kväve.

Figur 1, grundstruktur multilagerfilm AlN-HQ

Avgränsningar

Projektet är begränsat till att forska på framställning av multilagertunnfilmen AlN-HQ. Det finns många andra organiska molekyler än just hydrokinon att försöka implementera i

tunnfilmen, men i forskningen som Pedersengruppen arbetar med så var HQ mest relevant att arbeta med. Projektet skulle dessutom bli alltför omfattande om fler molekyler skulle

inkluderas.

Aluminiumnitriden är sedan tidigare väl utforskad och parametrarna är sedan länge optimerade för den delen av tunnfilmen. Det projektet gick ut på var att se om hydrokinon

3 gick att implementera som organiskt lager och i så fall ta fram de optimala parametrarna för HQ i tunnfilmen.

Atomlagerdeponering är en långsam process och det tar tid att bygga tunna filmer. Därför är metoden i sig begränsad till mycket tunna filmer eftersom att bygga en tjock film skulle ta alldeles för lång tid (Sundberg & Karppinen, 2014). Den laborativa delen var begränsad till 4 veckor för att kunna genomföra alla delmoment innan deadline för examensarbetet och delvis på grund av pandemin och de begränsade utrymmena i laboratoriet.

Processbeskrivning

Ett Gantt-schema användes för att få en överblick över hur mycket tid som finns för varje aktivitet och när milstolpar bör vara nådda för att kunna hålla deadline. Aktiviteterna listas och markeras med start- och slutdatum. För komplett Gantt-schema över projektet se bilaga 1. Första aktiviteten var en förberedande undersökning för att öka kännedomen för teknikerna atomlagerdeponering, molekyllagerdeponering, kemisk förångningsdeponering och sedan även de kemiska begränsningarna i kemikalierna. Detta ledde till nya insikter och ökad

slutledningsförmåga och som i sin tur möjliggjorde ett bättre arbete. Litteraturstudien utfördes med hjälp av Linköpings Universitetsbibliotek samt bidrag av studier, artiklar och egen forskning från Pedersen Group. Avslutningsvis skrevs rapporten.

Diskussion kring val av litteratur

Litteraturen som använts under arbetets gång är huvudsakligen forskningsartiklar. Författarna som har skrivit artiklarna är forskare och artiklarna har blivit publicerade i vetenskapliga tidskrifter vilket i sin tur betyder att oberoende forskare har granskat artiklarna innan de publicerats. Artiklarna anses därför vara pålitliga källor till arbetet. Källorna har innehållit mestadels relevant information för arbetet och vid jämförelse med andra källor stämmer grundinnehållet överens och artikelinnehållet bedöms därmed vara korrekt. Artiklarna är ofta väldigt smalt skrivna och belyser endast ett litet område inom den delen av forskningen men är vetenskapligt skrivna och relevant för arbetet. Artiklarna refererar oftast vidare till andra relevanta objektiva forskningsrapporter. Vissa rapporter som är valda till källor är äldre men fortfarande relevanta inom området och lämpliga för att bygga sig en grundförståelse inom området.

De böcker som använts som källa har bitvis använts som kurslitteratur under min utbildning och bedöms därför vara objektivt skrivna med korrekt, relevant information. Böckerna ger en bredare överblick av området och ges ut av pålitliga förlag. Författarna till böckerna anses vara experter inom sitt område och det är enkelt att förstå vilka som står bakom boken. Böckerna är skriva på ett vetenskapligt vis men kan ibland varvas med populärvetenskaplig text. Det är ofta tydligt vilket textstycke som är vad i boken. Materialet är relevant för arbetet för att kunna skapa en bred förståelse kring området materialkemi som arbetet kretsar kring. Målgruppen för böckerna känns något bredare än de specifika forskningsrapporterna/-artiklarna gör.

4

Litteraturgenomgång

En viktig del i utvecklingen av modern teknologi är tunnfilm och dess roll inom ytkemi. I följande avsnitt presenteras grundläggande kemi och underliggande metoder till produktion av moderna tunnfilmer.

Tunnfilm och halvledare

En tunnfilm definieras som lager av material som sträcker sig från delar av en nanometer (monolager) till några mikrometer i tjocklek. En kontrollerad syntes av tunnfilm är en grundsten i tillverkningen av exempelvis tunnfilmssolceller och -batterier men även till de flesta typer av modern elektronik. Inom tillverkning av halvledare används tunnfilmstekniken för att producera hybridkretsar genom deponering. (Ribbing & Christensson, u.d.)

Tunnfilm används för att förbättra de ytkemiska egenskaperna på fasta material.

Uppbyggnaden av en tunnfilm som halvledare bestäms av fyra processer: transport av atomer till specifikt substrat, diffusion av partiklar över substratet, addition av partikel på utvald plats på substratet och avledning av värme som utvecklas under filmtillväxten. Vardera tunnfilm kan framställas med specifik egenskap genom att utsättas för olika miljöer, exempelvis olika exponeringstider för vardera källmolekyl. (W. Böer, 2013)

Kemisk förångningsdeponering

Mångsidigheten med tekniken kemisk förångningsdeponering, CVD, gör att den används flitigt vid tillverkning av tunnfilmer. Tekniken involverar en kemisk reaktion mellan

organometaller eller halider och andra gaser genom deponering för att producera icke-flyktiga tunnfilmer på diverse substrat. (Rajendran, et al., 2020)

CVD-processer använder flyktiga gaser som reagerar för att bilda ett fast ämne. Reaktionerna kräver ofta höga temperaturer då de använder sig av plasma. Den höga temperaturen kan orsaka ett problem vid val av källmolekyler då den kräver termostabila substratmaterial. Processen framställer ofta även giftiga, brandfarliga och korrosiva biprodukter vilket sätter höga krav på säkerheten (Magnefält, 2009).

Atomlagerdeponering, ALD, är en nyare typ av CVD med oorganiska molekyler som källmolekyler. Molekyllagerdeponering, MLD, är en annan form av CVD dock med organiska molekyler. Ett nytt område har öppnat upp sig nu när det forskas på hybridfilmer med både organiska och oorganiska molekyler som källmolekyler. Det gör att metoderna för ALD och MLD kombineras för att få ut de bästa egenskaperna ur vardera metod. (Sundberg & Karppinen, 2014)

Atomlagerdeponering

Atomlagerdeponering är en teknik för att producera tunnfilmer och baseras på en kemisk process i gasfas. Vanligaste typen av ALD är en homo-/hetero bifunktionell reaktion. Det innebär att reaktionen består av två reaktanter, vidare benämnt källmolekyler, vilka används för att producera en tunnfilm. Materialytan exponeras sekventiellt för en källmolekyl och alla

5 källmolekyler som inte reagerat med materialytan kommer att sugas ut direkt innan nästa källmolekyl tillåts exponeras för ytan (Figur 2). När materialytan exponerats för alla källmolekyler en gång är en cykel komplett. En tunnfilm byggs långsamt upp för varje upprepad cykel. (Sundberg & Karppinen, 2014)

Det finns i huvudsak två typer av reaktorer för tekniken ALD, ”hot eller ”cold wall”-reaktor. Vid ”hot wall” ALD så är väggar, gas och substrat upphettade till samma

temperaturområde. Vid ”cold wall” ALD värms endast substratet upp och temperaturen i väggarna på reaktorn hålls till rumstemperatur alternativt strax över. (M. George, 2009) Majoriteten av ALD processerna körs med en substrat-/reaktortemperatur på över 200 grader. Dock klarar inte alla substrat eller källmolekyler den temperaturen eller så blir inte

egenskaperna på tunnfilmen fördelaktiga vid för hög temperatur. Därför körs även LT-ALD (low temperature atomic layer deposition). Förebilden för denna typ av ALD är deponeringen av Al2O3 med källmolekyl trimetylaluminium (TMA) samt H2O. Då TMA har ett relativt högt

ångtryck och hög reaktivitet blev det nycklarna för att kunna genomföra LT-ALD. En annan anledning till att LT-ALD blivit användbart är för att kunna introducera organiska lager i en oorganisk tunnfilm. De organiska molekylerna faller lättare sönder vid högre temperaturer och skulle då generera en oönskad sammansättning på tunnfilm eller ingen tunnfilm alls. (Pinna & Knez, 2012)

Utmaningen med LT-ALD är att reaktionen mellan reaktanterna måste ske effektivt. En ytterligare utmaning är den begränsande faktorn ångtrycket. Om inte dessa parametrar fungerar så kan inte en tunnfilm bildas med LT-ALD. (Pinna & Knez, 2012)

6

Källmolekyler för multilagerfilm AlN-HQ

Tre källmolekyler, trimetylaluminium, ammoniak samt hydrokinon används för att bilda multilagerfilmen AlN-HQ. Trimetylaluminium används tillsammans med ammoniak för att bilda aluminiumnitrid som grundlager i multilagerfilmen.

Trimetylaluminium

Trimetylaluminium, TMA, är en av de enklaste av en

organoaluminiummolekylerna. Det är en dimer med den kemiska formeln Al2(CH3)6 (Figur 3). Det är en homotrifunktionell

reaktant. Föreningen innehåller tre metylgrupper som kan reagera på samma vis och kan då reagera för att bilda en kemisk bindning eller kunna interagera med Lewis syra-/bas-reaktioner (M.

George, et al., 2008). TMA är mycket brandfarligt både som

vätska och gas, frätande och skadligt. Vid kontakt med vatten frisätts brandfarlig gas och kan antändas spontant vid kontakt med luft.

Ammoniak

Ammoniak, NH3, är en stabil binär hydrid som vid rumstemperatur är en färglös gas med en

skarp doft. Ammoniak förekommer naturligt i naturen. Ammoniak är frätande, dödlig och en fara för miljön i koncentrerad form. Ammoniak är vanligt förekommande som plasma vid ALD. (Kim, et al., 2021)

Hydrokinon

Hydrokinon, HQ, är ett aromatiskt kolväte med kemiska formeln C6H4(OH)2 (Figur 4). Hydrokinon är ett vitt kristallint pulver och

har sina hydroxylgrupper i paraposition (Kim, et al., 2021). Detta gör att hydrokinon är en homobifunktionell reaktant, den har alltså två möjligheter att reagera med på samma sätt eftersom den innehåller två hydroxylgrupper (M. George, et al., 2008).

Hydrokinon är syrekänsligt, frätande, hälsofarligt och skadligt för miljön.

Fourier Transform Infrared Spectroscopy

Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR, är en enkel och snabb analysmetod som ger resultat på vilka typer av funktionella grupper som finns i tunnfilmen. IR baseras på

interaktioner i molekylerna eller atomerna och den elektromagnetiska strålningen. I

molekylerna och/eller atomerna uppstår vibrationer i de kovalenta bindningarna vid strålning av infrarött. Atomerna i de funktionella grupperna hos organiska föreningar är arrangerade på ett speciellt vis vilket gör att när föreningen bestrålas med infraröd strålning kan absorptionen ge karaktäristiska mönster och amplituder som då kan kopplas till specifik funktionell grupp. Varje infrarött spektrum blir då som ett molekylärt fingeravtryck och användas för att

identifiera molekyler, funktionella grupper eller andra typer av strukturer i organiska

Figur 3, TMA-molekyl

7 föreningar. Området mellan 1000–1500 cm-1 brukar benämnas som fingeravtrycksregionen för tunnfilmen. (Graham Solomons, et al., 2016)

Alla molekylära vibrationer ger inte utslag som absorption av IR-strålning. För att vibration ska uppstå med absorption av IR-strålning måste dipolmomentet förändras medan

vibrationerna sker (Graham Solomons, et al., 2016). Tydliga trender kan ses i absorptionen av IR-strålning, trippelbindningar vibrerar i högre frekvens än dubbelbindningar. I tabell 1 har karaktäristiska IR-absorptioner för funktionella grupper listats.

Tabell 1, Karaktäristiska IR-absorptioner för funktionella grupper (Graham Solomons, et al., 2016)

Funktionell grupp Approximativ frekvens (cm-1_{) Intensitet}

Alkyl (C-C) 2853–2962 Medium/stark

Alken (C=C) 1620–1680 Varierande

Alkyn (C≡C) 2100–2260 Varierande

Aromatisk (Ar-H) ~3030 Varierande

Aromatisk p-disubstituerad 750–810 800–860 Väldigt stark Väldigt stark Amin (N-H) 3300–3500 Stark

Den infraröda spektrometern fungerar på så vis att en stråle med infrarött ljus passerar genom ett prov och det utgående ljuset från provet jämförs med en referens utgående ljus och dessa signaler genererar ett interferogram. Interferogrammet transformeras till ett tolkningsbart spektrum med hjälp av fouriertransformation. Det ljus som provet absorberat visar sig i skillnaden på mängden ljus mellan provet och referensen (Graham Solomons, et al., 2016) . I spektrumet plottas absorbans mot vågtal alternativt våglängd.

Vid analys av fasta material används attenuated total reflection, ATR, mestadels eftersom ingen provupparbetning av tunnfilmen krävs. Fram tills idag har den mest kvantitativa

metoden varit att analysera med FT/NIR, fourier transform near-infrared (Haitao & Peiqiang, 2017), då analyseras proven mellan våglängderna 1250–2500 nm. Det nya moderna sättet att analysera kvantitativt är med FT/MIR, fourier transfrom mid-infrared, och då analyseras proven mellan vågtalen 4000–400 cm-1 (Haitao & Peiqiang, 2017). MIR har fördelen att de kan identifiera väldigt komplexa men även väldigt simpla strukturer och används därför frekvent vid strukturbestämning (Coates, 2006).

De två vanligaste detektorerna vid analys med både FT-NIR och FT-MIR är deutererad triglycerinsulfat (DTGS) och HgCdTe (kvicksilver, kadmium, tellur, MCT). Detektorn MCT är en halvledare och elektronerna i halvledaren absorberar IR-ljus och förflyttar sig från ett valensband till ett ledningsband och skillnaden i energin mellan banden kallas bandgap. Den elektriska signalen som elektronerna i ledningsbandet genererar är proportionell mot

intensiteten på IR-ljuset. MCT-detektorer är mycket känsliga mot hög temperatur och därför används oftast ett kylningssystem med flytande kväve. Om inte systemet kyls korrekt kommer

8 det att generera en brusig signal som blir svårtolkad. Nackdelen med MCT-detektorer är att de flesta av dem har en förhållandevis smal bandbredd och detektorn mättas väldigt lätt.

(Subramanian & Rodriguez-Saona, 2009)

I en DTGS-detektor detekteras en skillnad i intensitet av IR-ljuset som genererar en

proportionell skillnad i temperatur. Skillnaden i temperatur påverkar sedan i nästa steg den dielektriska konstanten för DTGS och sedan i sin tur kapacitansen. Ändringen i kapacitansen mäts som detektorrespons i volt och är det som genererar ett spektrum i slutändan. DTGS-detektorer är relativt långsamma i respons och låg sensitivitet men kompenseras av att de är mycket enkla att använda och förhållandevis billiga. (Subramanian & Rodriguez-Saona, 2009)

X-ray reflectivity

X-ray reflectivity, XRR, tillhör metoderna för analys av röntgenstrålningsspridning och är mycket vanlig som analysmetod vid CVD. XRR är en ytkänslig analytisk teknik för att strukturellt karaktärisera tunnfilmer. XRR är mycket noggrant och kan mäta periodiciteten i skikten på multilagertunnfilmer samt att ge information om både kemiska och fysiska egenskaper hos tunnfilmen. (Holy, et al., 1993)

Den mest frekventa användningen av metoden XRR förekommer vid analys av tjocklek, densitet och hur oregelbunden ytan på tunnfilmen är. Tekniken är baserad på analys av spridningens intensitet från röntgenstrålar som träffar tunnfilmen (Holy, et al., 1993). Det är huvudsakligen periodiciteten i oscillationerna vid körning av XRR som kan påvisa hur ytskiktet på tunnfilmen ser ut, densitet samt tjocklek. Vid analys med XRR förstörs inte provet utan strukturen bibehålls.

Mätningarna från XRR behöver anpassas till en simulerad kurva som går att analysera och den brukar även normaliseras för att underlätta analys. Producenterna av instrument till XRR förser oftast användaren med korrekt mjukvara för att ta fram mätresultat. (Holy, et al., 1993)

Tidigare forskning

Hitintills har tekniken MLD använts för att producera tunnfilmer av polyamider, polyimider, polyimid-amid, polyurea, polyester och polyimin. Vid tillverkning av dessa typer av

tunnfilmer deponeras en hel molekyl under pulstiden och inte bara en atom som tekniken ALD gör.

Polyamider är mycket slitstarka vilket gör att de används mycket bland annat inom textilindustrin. De klassas som alifatiska, halv-aromatiska eller aromatiska beroende på sammansättningen i polymerkedjan. Diamin och acyldiklorider är vanliga källmolekyler för att tillverka polyamider. Polyimider klassas på samma sätt som polyamider och en vanlig källmolekyl är pyromellitic dianhydrid, PMDA. (Sundberg & Karppinen, 2014)

Polyurea är starka elastomerer och de har en hög kokpunkt. De används därför ofta som förstärkande ytlager till exempelvis skyddande beläggningar på verktyg. Isocyanat samt en

9 amin är vanliga källmolekyler och beroende på vilken diisocyanat som används blir polyurean antingen alifatisk eller aromatisk. Om polyurean blir aromatisk blir den lättare känslig för exponering av ljus och ändrar oftast färg om polyurean exponeras. Dock om den blir alifatisk bibehålls färgen vid exponering av ljus. (Sundberg & Karppinen, 2014)

Polyester en mycket vanlig industripolymer och utgör bland annat basen i PET-flaskor (polyetylen tereftalat). Polyester görs genom en reaktion mellan olika syror och alkoholer. Tillverkning av PET-film görs på ett kiselsubstrat med ett temperaturintervall på 145–175 °C. Polyiminer är en annan typ av tunnfilm. Den tillverkas i rumstemperatur och har visat sig vara mycket lämpade som komponent i solceller. (Sundberg & Karppinen, 2014)

10

Metod

Framställningen av tunnfilmen AlN-HQ gjordes med ALD. Analys av tunnfilmerna gjordes med FTIR samt XRR.

Deponering ALD

Första steget var att fylla behållaren till ALD:n med HQ. Detta gjordes i en handskbox GS MEGA E-Line från GloveBox SystemTechnik. Handskboxen har ett komplett inert gassystem och innehåller kvävgas. Arbetet utfördes i en handskbox för att hydrokinon är syrekänsligt och måste därmed hanteras i en syrefri miljö.

Steget efter var att dela det cirkulära kiselsubstratet till mindre bitar, ca 2 x 2 cm, med en diamantpenna. Eftersom kiselplattan är cirkulär fick några bitar en rundad kant och dimensionerna blev inte exakta. För varje analys användes två bitar substrat.

Nästa steg var att påbörja fabriceringen av tunnfilmen AlN-HQ. Termisk ALD genomfördes med hot-wall reaktorn Picosun R200. Först fylldes behållaren med HQ och placerades i botten av reaktorn. Substraten placerades sedan i kammaren under atmosfärstryck för att sedan förslutas följt av att kammaren pumpades ner till vakuum. Plasmat NH3, argongas samt

kvävgas kommer in till kammaren ovanifrån. Bärgashastigheter och standardiserade inställningar summeras i tabell 2 nedan.

Tabell 2, Standardinställning över pulser, purge time samt bärgasflöden

Antal pulser Purge time (sec) Bärgasflöde (sccm)

TMA NH3 TMA HQ TMA NH3 HQ TMA

(N2)

NH3 (Ar) HQ

(N2)

1 1 1 1 10 10 10 100 100 50

När kammaren pumpats ned till vakuum påbörjades uppvärmning av kammare och behållare enligt valda inställningar, för inställningar för första körningen se tabell 3 som är en

sammanställning av dessa. Efter att deponeringen startat pågick analysen i snitt 5,5 h. När deponeringen var klar öppnades kammaren och substraten placerades i märkta lådor inför analys.

Tabell 3, Sammanställning av parametrar använda i första körningen på ALD:n

Pulstid (sec)

Temperatur (°C)

TMA NH3 HQ TMA och

NH3-cykel

TMA och HQ-cykel

Totala cykler Tidsåtgång Behållare Kammare

11 Första deponeringen kördes alltså med pulstider på 0,1 sekunder för TMA, 12 sekunder för plasma NH3 och 5 sekunder för HQ. Sedan 30 cykler för TMA och NH3 och 1 cykel för TMA

och HQ, se figur 5 nedan. Totalt antal cykler var 20 och det tog ALD:n 5 timmar och 29 minuter. HQ-behållarens temperatur var satt på 140 °C och kammarens temperatur sattes på 170 °C.

Figur 5, illustration över första körningens cykelmönster

Totalt antal cykler blev för det mesta kring 630 för att få jämförbara resultat. Första

deponeringen gav inget resultat och parametrarna ändrades till 20 TMA+NH3-cykler samt 30

cykler totalt, se tabell 4, för att försöka uppnå ett resultat.

Tabell 4, Sammanställning av parametrar använda i andra körningen på ALD:n

Pulstid (sec)

Temperatur (°C)

TMA NH3 HQ TMA och

NH3-cykel

TMA och HQ-cykel

Totala cykler Tidsåtgång Behållare Kammare

0,1 12 5 20 1 30 5h 33 min 140 170

Därefter kördes tre analyser med samma antal av varje cykel, men med ändringar i pulstid och temperatur på behållare samt kammare. En sammanställning av dessa körningar finns i tabell 5 nedan.

Tabell 5, Sammanställning av parametrar använda i 3:dje till 5:e körningen

Pulstid (sec)

Temperatur (°C)

TMA NH3 HQ TMA och

NH3-cykel TMA och HQ-cykel Totala cykler

Tidsåtgång Behållare Kammare Test

0,1 12 5 20 1 30 5h 33 min 150 170 K0782

0,1 12 8 20 1 30 5h 35 min 140 170 K0783

12 För att sedan kunna analysera tunnfilmerna framställdes en tunnfilm, K0795, med endast TMA och HQ. Pulstiden var 0,1 sekund för TMA och 10 sekunder för HQ. Temperaturerna var 140 °C för behållaren och 160 °C för kammaren. TMA och HQ-cykeln upprepades 500 gånger. Totaltiden för körningen blev 4 timmar och 10 minuter.

Resterande 6 körningar genomfördes på liknande vis och dess parametrar återfinns i bilaga 2. Kontroll av mängd hydrokinon i behållaren gjordes mellan körning K0797 och K0798.

Analys ATR-FT/MIR

ATR-FT/MIR-analysen gjordes med en Vertex 70 med ljuskällan MIR och detektorn DTGS. Analysen inleddes med att rengöra kristallytan på analysinstrumentet. Sedan placerades referenssubstratet, en ren kiselplatta utan tunnfilm, med analyssidan nedåt över kristallen och det lades tryck på substratet med hjälp av tryckarmen tillhörande instrumentet. Genom att applicera tryck på substratet strålar inget ljus in från omgivningen. Sedan ställdes upplösning, scan-tid och bakgrundstid in enligt tabell 6 och en referensbakgrund skapades.

Tabell 6, Inställningar för körning med ATR-FT/MIR

Resolution cm-1 Sample Scan Background scan time

Save data from cm-1

From To

2 32 32 4000 600

Sedan togs referenssubstratet ut från FTIR:en och ett av substraten från körning K0781 placerades på kristallytan och analyserades med samma grundinställningar. Datan

analyserades med mjukvaran och sparades. Därefter togs substratet K0781 ut och substrat från körning K0784 placerades för analys. Även där analyserades datan i mjukvaran och sparades. Vid andra analysen med FTIR användes samma grundinställningar, tabell 6, på instrumentet Vertex 70. De prov som analyserades var K0781, K0782 samt K0783. Tredje analysen genomfördes på samma vis och båda proven för körning K0795 analyserades. Resterande dubbelprover, K0796-K0801, analyserades med samma inställningar som tidigare. Dock kunde bara ett av substraten från körning K800 analyseras.

Analys XRR

Analysen med XRR gjordes i en Xpert Pro från Panalytical med en X`Celerator-detektor. Först togs en slit med storlek 1/32 grader och placerades framför strålningsenheten. Sedan togs den minsta möjliga sliten och placerades framför detektorn och en 0,1 kopparslit sattes för detektorn under kalibrering. Därefter kalibrerades XRR:n med parametrarna Current 40 mA och Tension 45 kV. Detektorn öppnades via mjukvaran och analysen kalibrerades till 2θ.

13 Sedan togs kopparsliten ut och ett prov placerades i hållaren centrerad mellan

strålningsenheten och detektorn. Theta och Ω ställdes in till 2θ=1 samt Ω=0,5. Första

analysen med Ω-scan innehöll 14 körningar och första körningen gjordes med inställningarna range=5, step=0,1 samt time per step=0,5. Resterande inställningar för Ω-scan från samma körning sammanfattas i tabell 7 nedan.

Tabell 7, Inställningar från första analysen med XRR

Run Set up

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Range 5 10 4 1 2 5 20 2,9 0,9 0,9 5 5 1 5

Step 0,1 3 0,1 0,01 0,05 0,08 0,2 0,3 0,01 0,01 0,05 0,1 0,01 0,1

Time per step 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Efter 3:e körningen misstänktes det att provet var för stort och provet togs då ut ur hållaren och delades till hälften med en diamantpenna. Efter körning 8 ändras inställningarna på theta och Ω till 2θ=69,18 och Ω=34,590, då misstänkt det att det eventuellt är konstigt med

analysinstrumentet. Efter körning 11 ändrades mätfönstret till -2θ upprepade gånger men det

gav inga resultat. Då beslutades det att köra en absolute scan, men det gav inte heller något resultat. Analysen avbröts då analysinstrumentet förmodades inte fungerar som det ska. Vid andra omgången av analys med XRR användes samma slit, 1/32, vid strålningsenheten och den minsta möjliga sliten vid detektorn. Sedan placerades 0,1 Cu-slit framför detektorn och instrumentet kalibrerades med Current 40 mA samt Tension 45 kV. Kopparsliten togs ut följt av att prov K0781 placerades i hållaren. Theta och Ω ställdes in till 2θ=1 samt Ω=0,5.

Därefter kördes 4 Ω-scan vars inställningar för range, step samt time per step är sammanfattade i tabell 8 nedan.

Tabell 8, Inställning för körning med ATR-FT-MIR för K0781

XRR K0781 1 2 3 4 Range 5 10 20 10 Step 0,03 0,06 0,1 0,1 Time per step 0,5 0,5 0,5 0,5

Körningarna gav inga resultat som gick att tyda. För att utesluta fel med instrumentet gjordes en scan för att hitta kiseltoppen. Det gjorde genom att söka efter 2θ=69,18. Toppen kunde ej finnas och det beslutades att byta ut sliten vid strålningsenheten mot en likadan, 1/32, för att utesluta fel med den. Ytterligare 2 Ω-scan kördes, tabell 9, och vid den andra körningen försöktes kiseltoppen finnas igen.

14

Tabell 9, Inställning för körning med ATR-FT-MIR för K0781

XRR K0781 1 2 Range 1 2 Step 0,01 0,01 Time per step 0,5 0,5

Ingen av körningarna i tabell 9 gav något resultat och sliten vid detektorn byttes till en 1/16 grader. Inställningarna sammanfattas i tabell 10 nedan.

Tabell 10, Inställning för körning med ATR-FT-MIR för K0781

XRR K0781 1 2 Range 10 5 Step 0,1 0,05 Time per step 0,5 0,5

Ingen av dessa körningar gav heller något resultat och en analys efter kiseltoppen gjordes genom att sätta 2θ=69,605 och Ω=34,802. Kiseltoppen hittades och instrumentet verkar fungera som det ska. 2θ sattes till 1 och Ω till 0,5 och en Ω-scan gjordes med inställningarna range=1, step=0,01 och time per step=0,5. Denna körning gav inte heller något resultat. Prov K0781 togs ut ur hållaren och K0783 placerades. Inställningarna nollades och sattes sedan till 2θ=1, Ω=0,5, range=5, step=0,05 och time per step=0,5. Körningen gav inget resultat och analysen avbröts. Efter konsultation med en expert för instrumentet konstaterades det att analysen inte var möjlig på dessa substrat.

15

Resultat och diskussion

Följande avsnitt ger en sammanfattning av resultat av de olika parametrar som testats kombinerat med en diskussion kring resonemanget kring varje körning/resultat.

Framställning av tunnfilm

Tillgången till instrumentet ALD var tillgänglig i två veckor uppdelat på två perioder. Den första veckan var fokuset på att försöka få in HQ emellan aluminiumnitriderna då det aldrig tidigare lyckats. Första analysen/körningen som gjordes gick inte bra, det visade sig att behållaren för TMA var stängd och enda tillförseln under analysen var NH3 och HQ. Det

resulterade att ingen tunnfilm framställdes. Andra körningen gick bättre och man kunde se på provhållaren att det blivit en skugga efter substratet, det tyder på att en tunnfilm har bildats. Det betyder att andra försöket blev lyckat och det framställdes en multilagerfilm med AlN-HQ.

Efter att ha konstaterat att en tunnfilm framställts och att HQ tålde att vara i behållaren under dessa förhållanden påbörjades ett försök att optimera tunnfilmens uppbyggnad, dock utan att veta hur tunnfilmen blev. Tillgången till analysinstrumenten FTIR och XRR öppnades först i vecka 2 av laborerande. I första hand ändrades förhållandena mellan cyklerna TMA+NH3 och

TMA+HQ, därefter förändrades temperaturen i behållaren för HQ och tredje förändringen var pulstiden för HQ. Resultaten visade att de tre första fungerande körningarna, K0781-K0783, fick in minimalt alternativt ingen bensenring emellan aluminumnitriderna och spektrumen såg förhållandevis identiska ut (Bilaga 3). Som man kan se i tabell 11 nedan skiljer körningarna endast i temperaturen på behållaren och pulstid för HQ.

Tabell 11, Skillnader i körningar K0781-K0783

Prov TMA NH3 HQ TMA NH3

-cykel TMA HQ-cykel Totala cykler Temp Behållare °C Temp Kammare °C K0781 0,1 12 5 20 1 30 140 170 K0782 0,1 12 5 20 1 30 150 170 K0783 0,1 12 8 20 1 30 140 170

I figur 6 kan man tydligt se att den svarta linjen för K0781 saknar toppar i

fingeravtrycksregionen 1000 cm-1 _{till 1500 cm}-1 _{där topparna för HQ ska återfinnas. De}

återfinns tydligt i den lila linjen för K0795 där endast TMA samt HQ kördes. Trots att pulstiden ökades till 8 sekunder för K0783 gav det inte strukturen i figur 1 som önskats.

16

Figur 6, Resultatjämförelse K0781 samt K0795

Sista körningen under första veckan med ALD:n valdes det att sänka temperaturen på

kammaren till 160 °C för att kunna analysera mer åt LT-ALD. Resultaten visade att det var ett bra beslut och som synligt i figur 7 finns fingeravtryckregionen med och har någorlunda fina toppar. Genom att sänka temperaturen 10 °C i kammaren och att öka pulsflödet till 8 sekunder för HQ så satte sig bensenringen bra emellan alumiumnitriderna och tunnfilmen har

framställts som vi önskat. I regionen kring 2000 cm-1 _{är det två toppar orsakade av}

bakgrundsbrus och föroreningar från instrumentet. Det klipptes bort i figur 7 men återfinns i övriga spektrum. Figur 7, Resultat K0784 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

Resultatjämförelse K0781 samt K0795

K0784

17 Intressanta toppar att leta efter är markerade i figur 7 ovan och sammanfattade i tabell 12 nedan. De bindningar som borde finnas, teoretiskt, i tunnfilmen är Al-N, Al-O, C, C=C, C-O och C-H. Det bör inte finnas några N-H-bindningar i tunnfilmen.

Tabell 2, Intensiteter för intressanta toppar HQ, C=C, Ar-H samt N-Al

Bindning Intensitet HQ ~1000 C=C ~1500 Aromatisk p-substituerad (Ar-H) ~3000 N-Al ~3200–3500

Under fjärde veckan av laborerande inleddes med att köra en tunnfilm med endast TMA samt HQ. Detta för att kunna jämföra resultaten och identifiera topparna i IR-spektrumet enklare. Sedan gjordes försök till att optimera tunnfilmen AlN-HQ. Temperaturen i kammaren behölls till 160 °C då det visade sig vara mest fördelaktigt med lite lägre temperatur, temperaturen var kvar på 140 °C för behållaren. Första testet som gjordes var ett försök att få in mer TMA+HQ i förhållande till TMA+NH3 genom att öka antalet totala cykler till 40 och minska antalet

TMA+NH3-cykler till 10 illustrerat i figur 8 nedan.

Figur 8, Illustration för uppbyggnad av tunnfilmen K0796

På provet noterades ingen färgskiftning som de tidigare proven haft och det var knappt en skugga kvar på provhållaren heller. Men analys med ATR-FT/MIR visade att det fanns en tunnfilm, dock måste den vara ganska tunn. Därför kördes följande K0797 med exakt samma inställningar förutom att de totala cyklerna var 60 i stället för 40. Det gav en blåaktig

färgnyans vilket tyder på att en tjockare tunnfilm producerats.

Därefter testades det att göra en tunnfilm med 1:1-förhållande mellan totala antalet cykler och antalet TMA+NH3-cykler. K0798 kördes därmed med 30 cykler TMA+NH3, 1 cykel

TMA+HQ och 30 totala cykler. Det blev då en mycket tjockare tunnfilm än vad som

18 kan man se att i figur 9 har K0798 en mycket lägre intensitet, trots att den innehåller 30 cykler TMA+NH3 och 10 sekunder pulstid för HQ medan K0784 har 20 sådana cykler 8 sekunder i

pulstid för HQ.

Figur 9, Resultatjämförelse K0784 samt K0798

Eftersom det visat sig vara fördelaktigt med en lägre temperatur för hydrokinon att binda in till gjordes en körning med 15 °C lägre temperatur i kammaren än tidigare. Körning K0801 kördes med 145 °C i kammaren och 140 °C i behållaren. Förhållandet mellan de olika cyklerna var samma som i körning K0800 för att endast jämföra temperaturskillnaden.

Figur 10, Resultatjämförelse K0800 samt K0801

I figur 10 ovan kan man se att temperaturskillnaden främst påverkar området kring 2000– 2500 cm-1_{. Det området är generellt mycket brus i och innehåller inga karaktäristiska toppar}

och skillnaden i temperatur verkar därför inte ge en märkbar effekt. Att framställa en

-0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Abso rbans Vågtal cm-1

Resultatjämförelse K0784 samt K0798

Resultatjämförelse K0800 samt K0801

19 multilagerfilm med AlN-HQ verkar mest fördelaktigt kring 145–160 °C i kammaren. Vidare optimering krävs för att kunna ge ett mer specifikt temperaturintervall.

Placering i kammaren

Eftersom inlopp och utsug i kammaren skiljer sig i placering kommer ett av substraten att alltid ligga närmre inloppet av källmolekylen och ett av substraten alltid närmre utsuget av källmolekylen. Det noterades färgskillnader på bitarna trots att de varit inne i samma kammare under samma förhållande, men på olika ställen. Under fjärde veckan när ALD:n kördes så började alla substrat att analyseras för att se hur stor skillnad det faktiskt var mellan tunnfilmerna.

Första jämförelsen som gjordes var för substraten i körning K0795. Där den som legat närmst inloppet benämns vidare som K0795-1 och den som legat närmst utsuget benämns som K0795-2. I figur 11 ser man att det skiljer ytterst lite i intensiteten på absorbansen men att K0795-1 har något högre absorbans. Det är mycket rimligt då den exponerats tidigare och i ett troligen jämnare flöde än K0795-2 som legat närmre utsuget.

Figur 11, Resultatjämförelse placering för K0795

Däremot syns en större skillnad i absorbans mellan substrat i körningen K0796, figur 12. Där har substratet som legat längst bort från inloppet en lite högre intensitet generellt än det substrat som legat närmst inloppet. Dock misstänks denna körning framställa en mycket tunnare film än de andra, bara 440 teoretiska lager tjock.

-0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0795

20

Figur 12, Resultatjämförelse placering för K0796

Figur 13 visar det att det inte är stor skillnad mellan substraten trots att de haft olika placering i kammaren.

Figur 13, Resultatjämförelse placering för K0797

Inte heller i figur 14 syns några stora skillnader i de intressanta regionerna. Som nämnt tidigare har regionen 2000–2500 cm-1 _{ofta mycket brus i sig och innehåller inga intressanta}

toppar och uteslöts därför i analysen.

-0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0796

K0797

21

Figur 14, Resultatjämförelse placering för K0798

En jämförelse kunde tyvärr inte göras mellan substraten K0800-1 och K0800-2 för att det sistnämnda substratet hade sugits in i vakuumpumpen under pågående körning med ALD:n. Vid topparna, i figur 15, mellan 2500 och 3000 cm-1 syns en skillnad där substratet som legat närmst inloppet har mycket lägre absorbans än substratet närmst utsuget. I den regionen finns inte heller några toppar som är intressanta. Med det kan det sägas att placering i kammaren har ingen alternativ minimal skillnad för resultatet i denna studie. Dock skulle en större undersökning av detta behöva göras för att kunna dra en korrekt slutsats. Det kan vara parametrar i körningen som är instabila och ge detta resultat. Den skillnaden kan då

försummas och substraten kan antas vara likadana. Dock vid framställning av tunnfilmer med mycket större substratyta kan nog inte skillnaden försummas utan vidare analys av det krävs.

Figur 15, Resultatjämförelse placering för K0801

-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0798

K0801

22

XRR

Dessvärre kunde inga resultat presenteras för XRR och exakt tjocklek förblir okänd på proverna. Det är misstänkt att proverna är något fel på. Receptet för ALD med ingående källmolekyler har i tidigare forskning visat ha en hög tillväxthastighet och generera tjocka filmer. Det kan vara en orsak till problemen under analysen. Efter konsultation med instrumentansvarig kunde det konstateras att proverna inte var lämpliga för den typen av analys.

23

Slutsats

Vid framställning av multilagerfilmen AlN-HQ passar tekniken ALD mycket bra. Ingen tidigare publikation har lyckats med att framställa tunnfilmen AlN-HQ. Det gick ganska enkelt att testa fram ett recept som framställde en bra tunnfilm. Definitionen av en bra tunnfilm är beroende på syftet med tunnfilmen. Syftet med just denna tunnfilm var att kunna framställa den. Kombinationen av de bästa egenskaperna hos organiska-oorganiska filmer kan ge bra tunnfilmer till exempelvis solceller. Bästa egenskapen med organiska tunnfilmer anses vara förmågan att absorbera energi och bästa egenskapen med oorganiska tunnfilmer anses vara förmågan att kunna transportera energi vidare.

Vad det gäller placering i kammaren spelar det inte någon stor roll. Skillnaden som blir anses vara försumbar, åtminstone med den storleken på substrat. Om man använder sig av större substrat kan det troligen spela större roll om tunnfilmen inte är jämn över hela ytan. Detta förutsatt att alla parametrar under körningarna var stabila. En ordentlig slutsats kan ej dras på grund av för lite underlag.

Tidsplanen i Gantt-schemat följdes hela vägen genom arbetet och inga avvikelser förekom. Det gick mycket fortare att få fram en lyckad tunnfilm än väntat vilket möjliggjorde andra typer av försök vilket utvecklade examensarbetet till att inkludera placering i kammaren.

Fortsatt forskning med multilagerfilm

Alla varianter av organiska och oorganiska källmolekyler ger ett nästan obegränsat utbud av möjliga kombinationer för ALD/MLD. Flertalet av dessa kombinationer kan appliceras för att tillverka tunnfilmer med specifika egenskaper.

Nästa steg i forskningen för multilagerfilmen AlN-HQ är att försöka optimera parametrarna baserat på syftet för tunnfilmen. Men även att hitta en lämplig metod för att kunna analysera tjockleken på tunnfilmerna som tillverkats men även övrig komposition av tunnfilmen såsom kristallinitet.

24

Litteraturförteckning

Coates, J., 2006. Interpretation of infrared spectra, a practical approach. Chichester: Wiley. Graham Solomons, T., B. Fryhle, C. & A. Snyder, S., 2016. Solomons´ Organic Chemistry. 12 ed. Singapore: John Wiley and Sons.

Haitao, S. & Peiqiang, Y., 2017. Comparison of grating-based near-infrared (NIR) and

Fourier transform mid-infrared (ATR-FT/MIR) spectroscopy based on spectral preprocessing and wavelength selection for the determination of crude protein and moisture content in wheat, Saskatoon, Kanada: College of Agriculture and Bioresources, University of

Saskatchewan.

Holy, V. et al., 1993. X-ray reflection from rough layered systems. Kotlarska Brno, Czech Republic and Linz, Austria: Department of Solid State Physics, Faculty of Science. Kim, S., Chen, J. & Cheng, T., 2021. Ammonia. [Online]

Available at: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/222 [Accessed 08 04 2021].

Kim, S., Chen, J. & Cheng, T., 2021. Hydroquinone. [Online]

Available at: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Hydroquinone [Accessed 08 04 2021].

M. George, S., 2009. Atomic Layer Deposition: An Overview, Boulder, Colorado: Department of Chemistry and Biochemistry and Department of Chemical and Biological Engineering, University of Colorado.

M. George, S., Yoon, B. & A. Dameron, A., 2008. Surface Chemistry of Molecular Layer

Deposition of Organic and Hybrid Organic-Inorganic Polymers, Boulder, Colorado:

Departments of Chemistry and Biochemistry and Chemical and Biochemical Engineering, University of Colorado.

Magnefält, D., 2009. Alternative Method for Deposition of Alumina Thin Films, Linköping: Linköpings Universitet.

Pinna, N. & Knez, M., 2012. Atomic Layer Deposition of Nanostructured Materials. Weinheim, Germany: Wiley-VHC Verlag & Co.

Rajendran, S. et al., 2020. Corrosion Protection at the Nanoscale. s.l.:Elsevier Inc.. Ribbing, C.-G. & Christensson, S., n.d. Nationalencyklopedin. [Online]

Available at: https://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/tunnfilmsteknik [Accessed 09 04 2021].

Subramanian, A. & Rodriguez-Saona, L., 2009. Fourier Transform Infrared (FTIR)

Spectroscopy, s.l.: Academic Press.

Sundberg, P. & Karppinen, M., 2014. Organic and inorganic-organic thin film structures by

molecular layer deposition: A review, Aalto, Finland: Beilstein Journal of Nanotechnology.

W. Böer, K., 2013. Handbook of the Physics of Thin-Film Solar Cells. Naples, USA: Springer Verlag Berlin Heidelberg.

25

Bilagor

26

27

Bilaga 3 Resultat ATR-FT/MIR

K0781 K0782 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0781

K0782

28 K0783 K0784 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0783

K0784

29 K0795 -0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0795-1 (i ringen)

K0795-2 (utanför ringen)

30 K0796 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0796-2 (utanför ringen)

K0796-1 (i ringen)

31 K0797 -0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0797-1 (i ringen)

K0797-2 (utanför ringen)

32 K0798 -0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0798-1 (i ringen)

K0798-2 (utanför ringen)

33 K0800 K0801 -0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0800-1 (i ringen)

K0801-1 (i ringen)

34 -0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Abso rbans Vågtal cm-1

K0801-2 (utanför ringen)