Atomi/molekyylikerroskasvatuksella. valmistetut ZnO:hydrokinoni-superhilat

Samankaltaiset tiedostot
Laboratoriotyöselostuksen laatiminen

Kemian tekniikan korkeakoulu Kemian tekniikan koulutusohjelma TERMOSÄHKÖISTEN OKSIDIMATERIAALIEN ATOMIKERROSKASVATUS TEKSTIILEILLE

CHEM-C2210 Alkuainekemia ja epäorgaanisten materiaalien synteesi ja karakterisointi (5 op), kevät 2017

EPMAn tarjoamat analyysimahdollisuudet

Kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa

Epäorgaanisen kemian laboratorio

Kaasumittaukset jatkuvatoimiset menetelmät 1. Näytteenotto 1 Näytteenottolinja

LUO HILJAINEN YMPÄRISTÖ

Surface Functionalization by Atomic Layer Deposited Binary Oxide Thin Films

Pehmeä magneettiset materiaalit

Tikkurila-opisto Rakennusmaalauksen suunnittelu. Vanhojen maalipintojen analysoinnista Tutkimuspäällikkö Jukka Järvinen

781611S KIINTEÄN OLOMUODON KEMIA (4 op)

Epäorgaaniset kuidut

ENSIMMÄINEN JOUSTAVA ERISTE PIENELLÄ SAVUN TUOTOLLA LISÄÄMÄÄN TURVALLISUUTTA


TEKNOCALOR TUO MARKKINOILLE UUDET IV-KONEET

Jätteen rinnakkaispolton vuosiraportti

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Mitä on huomioitava kaasupäästöjen virtausmittauksissa

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

Röntgenfluoresenssin käyttö tutkimuksessa

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet

Luku 3: Virheetön kide

Nanopinnoitetutkimus Suomessa - päivän teemaan sopivia poimintoja

Fysikaalisen kemian syventävät työt CCl 4 -molekyylin Ramanspektroskopia

ALKOHOLIT SEKAISIN KOHDERYHMÄ:

Käyttämällä annettua kokoonpuristuvuuden määritelmää V V. = κv P P = P 0 = P. (b) Lämpölaajenemisesta johtuva säiliön tilavuuden muutos on

Ydintyminen ja mikrorakenteen kehittyminen atomikerroskasvatuksessa

Metsäteollisuuden sivutuotteita nonfood-tuotannon maanparannukseen

Ilman suhteellinen kosteus saadaan, kun ilmassa olevan vesihöyryn osapaine jaetaan samaa lämpötilaa vastaavalla kylläisen vesihöyryn paineella:

GeoGebra-harjoituksia malu-opettajille

Käyttöohje. Tiiveystesteri

MONIKÄYTTÖINEN RATKAISU AMMATTILAISILLE

Neljä vuosikymmentä ALD-kalvoja Tuomo Suntolan idea mullisti pinnoitusteknologian

Testata kalkinhajottajan toimivuutta laboratorio-olosuhteissa.

Yläpohjan eristeiden painuminen - yhteensopivuusongelma eristeiden ja kattoristikoiden välillä

MÄDÄTEPÄIVÄ PORI Biokaasulaitokset. Riihimäki Yhtiöt Oy Markku Riihimäki

DP3000 on suoraan päällemaalattavissa Deltron UHS Progress tai Envirobase High Performance tuotteilla.

Ultrasil 53. Kuvaus. Ominaisuudet. Käyttö. Neutraali entsymaattinen, jauhemainen membraanien pesuaine

KEMIALLINEN WC KÄYTTÖOHJE

Gammaspektrometristen mittausten yhdistäminen testbed-dataan inversiotutkimuksessa

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

3D-tulostuksen kaasut. 3D-päivä, Vossi Group Oy.

Muita lämpökoneita. matalammasta lämpötilasta korkeampaan. Jäähdytyksen tehokerroin: Lämmityksen lämpökerroin:

SMG-4250 Suprajohtavuus sähköverkossa

Mikroskooppisten kohteiden

Ultrasil 11. Kuvaus. Ominaisuudet. Vahvasti emäksinen, jauhemainen membraanien pesuaine

Biokaasun tuotanto on nyt. KANNATTAVAMPAA KUIN KOSKAAN Tero Kemppi, Svetlana Smagina

Matalaemissiivinen ja tutkasäteitä absorboiva hybridimaali- HYBRIDPAINT. MATINE vuosiseminaari Pertti Lintunen, VTT

EPS-lohkojen ominaisuudet 16 vuoden maakontaktin jälkeen. Case Muurla

TEOBAL Teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen ballistisissa suojamateriaaleissa

ORGAANINEN KEMIA. = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY

ALKOHOLIT SEKAISIN TAUSTAA

Differentiaali- ja integraalilaskenta

KGU kannassa omaisuuden hallinta moduuli on valmiiksi asennettu.

HSC-ohje laskuharjoituksen 1 tehtävälle 2

ALKOHOLIEN TUNNISTUS KAASUKROMATOGRAFIAN AVULLA

Kosteusmittausten haasteet

BIOMASSAN ESIKÄSITTELYN MERKITYS BIOMASSA ARVOKETJUSSA. Jana Holm

Lumirakenteiden laskennassa noudatettavat kuormat ja kuormitukset

Puun pienpolton päästöjen muutunta ilmakehässä. Pienpolttoseminaari, Kuopio,

KEHITTYNYT PUTKJÄRJESTELMÄ TYHJIÖPUTKIKERÄIMIÄ VARTEN

HENSOTHERM 4KS - Palosuojamaali

Kryogeniikka ja lämmönsiirto. DEE Kryogeniikka Risto Mikkonen

Orgaanisten epäpuhtauksien määrittäminen jauhemaisista näytteistä. FT Satu Ikonen, Teknologiakeskus KETEK Oy Analytiikkapäivät 2012, Kokkola

HARJOITUSTYÖ: Mikropunnitus kvartsikideanturilla

782630S Pintakemia I, 3 op

Lahti Energian uusi voimalaitos KYMIJÄRVI II. Jaana Lehtovirta Viestintäjohtaja Lahti Energia Oy

Braggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on

energiatehottomista komponenteista tai turhasta käyntiajasta

Capito-varaajat ENERGIA HYBRIDI KERROS PUSKURI

YYttrium. WTungsten. Hydrogen

OMAX VESILEIKKUUMATERIAALIT

testo 510 Käyttöohje

Typpeä renkaisiin Pitää paineen vakaana ja vähentää kustannuksia

Alkali- ja maa-alkalimetalleihin perustuvat metalli-orgaanisen runkorakenteen ohutkalvot ALD/MLD-menetelmällä

PAINOVOIMAMITTAUKSET JA KALLIONPINNAN SYVYYSTULKINNAT

Tiilipiipun palonkestävyysanalyysi Simulointi välipohjan paksuudella 600 mm Läpivienti täysin eristetty ja osittain tuuletettu rakenne

Konsentraatti Ulkonäkö: väritön/vaaleankeltainen neste *

P3-ultrasil 112. Kuvaus. Ominaisuudet

LÄHETE MIKROBINÄYTE, LAIMENNUSVILJELY MATERIAALI- JA PINTANÄYTTEILLE

Farmivirta. Oulun Energia / Oulun Sähkönmyynti Olli Tuomivaara OULUN ENERGIA

Väriaineaurinkokenno (Dye-sensitized solar cell, DSSC) 4. Kennon komponenteista huokoinen puolijohde

D e p a r t m e n t o f C h e m i s t r y a n d M a t e r i a l s S c i e n c e A tomic/molecular Layer Deposition of an All-Solid- S tate Thin-Film B

HEVOSENLANNAN PIENPOLTTOHANKKEEN TULOKSIA. Erikoistutkija Tuula Pellikka

Oikaisuja Suomen Säädöskokoelmaan

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

Valomylly. (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta.

EDISTYKSELLINEN PUTKEN TUKI NOPEAA ASENNUSTA JA KONDENSAATION HALLINTAA VARTEN AF/ARMAFLEX -TUOTTEEN KANSSA

Orgaanisen kemian perustyöt I

Tiilipiipun palonkestävyysanalyysi Simulointi välipohjan paksuudella 600 mm Lämpötilaluokka T450

Helsingin kaupunki Pöytäkirja 1/ (5) Sosiaali- ja terveyslautakunta Sotep/

Application and processing note (P)

Sapa Solar BIPV. Rakennukseen integroitavat aurinkokennot

PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

TAULUKOINTI. Word Taulukot

MIKROBIVILJELY, LAIMENNUSMENETELMÄLLÄ KOKONAISHOMEMASSANÄYTE (Mycometer ) MATERIAALI- JA PINTANÄYTTEILLE

Polymeerien käyttö ALD-kalvojen selektiivisessä kasvatuksessa

Transkriptio:

Atomi/molekyylikerroskasvatuksella valmistetut ZnO:hydrokinoni-superhilat

1 Johdanto Moni tämän päivän huipputeknologia vaatii materiaalilta epätavallisia ominaisuusyhdistelmiä. Niin sanotuissa epäorgaanis-orgaanisissa hybridimateriaaleissa on mahdollisuus yhdistää niin epäorgaanisten kuin orgaanisten materiaalien parhaat ominaisuudet. Epäorgaaninen osa voi esimerkiksi lisätä materiaalin sähkönjohtavuutta tai lämmönkestävyyttä, kun orgaanisen osan avulla voidaan lisätä materiaalin taipuisuutta tai luminesenssia. Moni mahdollisista epäorgaanis-orgaanisten materiaalien käyttökohteista vaatii ohutkalvojen käyttöä. Atomikerroskasvatus (atomic layer deposition, ALD) on ohutkalvojen kasvatusmenetelmä, joka perustuu jaksottaisiin, itsekyllästyviin pintareaktioihin. Tyypillistä ALD/MLD:n kasvua voidaan kuvata jaksolla joka on esitetty kuvan 1 vasemmalla puolella. ALD:llä voidaan valmistaa korkealaatuisia ohutkalvoja, joiden paksuutta voidaan kontrolloida atomikerroksen tarkkuudella. ALD:ssä käytetyt lähtöaineet ovat tyypillisesti epäorgaanisia. Molekyylikerroskasvatus (molecular layer deposition, MLD) on ALD:n muunnos, jossa käytetyt lähtöaineet ovat orgaanisia. Yhdistämällä ALD ja MLD voidaan valmistaa korkealaatuisia epäorgaanis-orgaanisia hybridiohutkalvoja räätälöidyillä molekyylirakenteilla (kuva 1, oikealla). Vaihtamalla orgaaninen lähtöaine esimerkiksi vedeksi ja kasvattamalla oksidikerroksia hybridikerrosten lomaan on menetelmillä lisäksi mahdollista kasvattaa oksidista ja hybridistä koostuvia nanorakenteita. Kuva 1. Vasemmalla: ALD/MLD-kasvatusjakso, joka voidaan jakaa neljään yksittäiseen vaiheeseen: (1) epäorgaanisen lähtöaineen syöttö, (2) reaktorin huuhtelu inertillä kaasulla, (3) orgaanisen lähtöaineen syöttö, ja (4) huuhtelu inertillä kaasulla. Oikealla: ALD/MLD-menetelmällä kasvatetun epäorgaanis-orgaanisen hybridiohutkalvon rakenne. [1] Termosähköisistä materiaaleista voidaan valmistaa moduuleita, joissa joko lämpötilaeroja hyväksikäyttäen kyetään tuottamaan sähköä (Seebeck-efekti), tai sähkövirtaa hyödyntämällä voidaan säätää lämpötilaa (Peltier-efekti). Mahdollisimman hyvin toimiakseen termosähköiseltä materiaalilta 1

vaaditaan sekä hyvää sähkönjohtavuutta että huonoa lämmönjohtavuutta. Tätä ominaisuusyhdistelmää on vaikea saavuttaa tavanomaisilla materiaaleilla. ZnO on yksi parhaista termosähköisistä oksideista, mutta käytännön sovellutuksiin sen lämmönjohtavuus on liian korkea. Yksi potentiaalinen tapa pienentää ZnO:n lämmönjohtavuutta on lisätä orgaanisia kerroksia oksidirunkoon. Muodostuneessa superhilassa orgaanisten kerrosten avulla voidaan vaikuttaa fononien etenemiseen rakenteessa ja siten materiaalin lämmönjohtavuuteen. Juuri ALD/MLDtekniikkaa voidaan hyödyntää tällaisten rakenteiden valmistukseen. [2] 2

2 Ohutkalvojen kasvatukset ja karakterisointi 1.1 Ohutkalvokasvatukset Työssä karakterisoidaan sinkkioksidista (ZnO) ja hydrokinonista (kuva 2) koostuvia hybridiohutkalvoja. Kalvot on kasvatettu käyttäen kaupallista ALD-reaktoria (F-120, ASM Microchemistry Ltd.). Lähtöaineina kalvojen kasvatuksessa käytetään dietyylisinkkiä (diethyl zinc, DEZ), hydrokinonia (hydroquinone, HQ) ja vettä. Hydrokinonin rakenne on esitetty kuvassa 2. Vertailunäytteenä tarkastellaan puhdasta ZnO-kalvoa. Reaktori on pidetty kasvatusten aikana 2-4 mbar:in paineessa. Kuva 2. Hydrokinonin rakenne. Kasvatusparametrit (kirjoitettava selostuksessa lausemuodossa) o ZnO-HQ-hybridiohutkalvot: Kasvatuslämpötila: 220 C DEZ-lähtöaineen sijainti: reaktorin ulkopuolella, ei lämmitystä HQ-lähtöaineen sijainti: reaktorissa, 120 C H2O-lähtöaineen sijainti: reaktorin ulkopuolella, ei lämmitystä Lähtöaine- / huuhtelupulssit: DEZ 1 s ; N2 1,5 s ; H2O 1,5 s ; N2 2 s ; HQ 8 s ; N2 12s Reaktorin paine: 2-4 mbar Huuhtelu- ja kantajakaasu: typpi 99,999 % o ZnO (referenssi) Kasvatuslämpötila: 140 C DEZ-lähtöaineen sijainti: reaktorin ulkopuolella, ei lämmitystä H2O-lähtöaineen sijainti: reaktorin ulkopuolella, ei lämmitystä Lähtöaine- / huuhtelupulssit: DEZ 1 s ; N2 1,5 s ; H2O 1,5 s ; N2 2 s Reaktorin paine: 2-4 mbar Huuhtelu- ja kantajakaasu: typpi 99,999 % 3

1.2 Fourier-muunnos infrapunaspektroskopiamittaukset Fourier-muunnos infrapunaspektroskopiamittauksilla (FTIR; Nicolet Magna 750) voidaan tutkia kuinka lähtöaineet ovat reagoineet keskenään. ZnO- ja ZnO:HQ-ohutkalvojen lisäksi mitataan tausta tyhjällä kammiolla sekä puhdas piisubstraatti. Ohjelma vähentää taustaspektrin automaattisesti näytteiden spektreistä. Jotta varsinaisen tarkasteltavan materiaalin (ZnO-HQ) IR-värähdykset saadaan selville, täytyy piin spektri vähentää ohutkalvon spektristä ohjelman avulla manuaalisesti. Mittausparametrit (kirjoitettava selostuksessa lausemuodossa) o Mittausalue: Keski-IR-alue 4000-400 cm -1 o Pyyhkäisyjen lukumäärä: 32 o Resoluutio: 4 cm -1 o Mittauskammion huuhtelu: kuiva ilma 1.3 Kalvojen paksuuden ja tiheyden määritys röntgenheijastusmenetelmällä Röntgenheijastus (X-ray reflectometry, XRR; X Pert MPD PRO Alfa 1, PANalytical) on menetelmä, jota käytetään laajalti ohutkalvojen ja monikerrosrakenteiden karakterisointiin. XRR:llä saadaan tietoa ohutkalvon paksuudesta, tiheydestä ja rajapintojen välisestä karheudesta. Näytteen paksuus määritetään X Pert Reflectivity-ohjelman Fourier- ja Direct-menetelmillä. Tämän jälkeen määritetään näytteen tiheys. Mittaukset tehdään Cu-Kα-säteilyllä 2θ-kulmavälillä 0,15 3. 1.4 Kalvojen kiteisyyden määritys Näytteiden kiteisyys määritetään röntgendiffraktiomenetelmällä (grazing incident X-ray diffraction, GIXRD; X Pert MPD PRO Alfa 1, PANalytical). Mittaukset suoritetaan Cu-Kα-säteilyllä 2θkulmavälillä 5 70. Kiderakenteen millerin indeksit saadaan aikasemmin raportoidusta kiinteän ZnO:n diffraktogrammista (Joint Committee on Powder Diffraction Standards, kortti 36-1451). 1. Sundberg, P. ja Karppinen, M., Organic-inorganic thin films from TiCl 4 and 4-aminophenol precursors: A model case of ALD/MLD hybrid-material growth?, Eur. J. Inorg. Chem. (2014) 968-974. 2. Tynell, T. ja Karppinen, M., ZnO: Hydroquinone superlattice structures fabricated by Atomic/Molecular Layer Deposition, Thin Solid Films 551 (2014) 23-26. 4