利用ALD沉積Si.Ge.BTO.BFO薄膜研究

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1 利用ALD沉積Si.Ge.BTO.BFO薄膜研究
黃柏中 指導教授: 廖洺漢 台大機械系

2 1. 本週進度 2. BaTiO3沉積 3. BiFeO3沉積 4. 機台需求 5.前驅物價格整理

3 本週進度 貨車補單(Done) 中科院代工

4 1. 本週進度 2. BaTiO3沉積 3. BiFeO3沉積 4. 機台需求 5.前驅物價格整理

5 前驅物選擇 Precursor 1: Ba(Me5Cp)2 / Ba(iPr3Cp)2 Precursor 2: TTIP
Coreactant: H2O 文獻: 1.Vehkamäki, M., Hatanpää, T., Hänninen, T., Ritala, M. and Leskelä, M. (1999). Growth of SrTiO3 and BaTiO3 Thin Films by Atomic Layer Deposition. The Electrochemical Society, Inc., [online] 2(10), pp 2. Matthias Falmbigl,† & Irina S. Golovina(2017).BaTiO3 Thin Films from Atomic Layer Deposition: A Superlattice Approach。The Journal of Physical Chemistry C，121，

6 Ba(iPr3Cp)2擴散、附著 :Si Ba(iPr3Cp)2 :H :O :Ba :(iPr3Cp)
TTIP加熱至115 ℃ Tsubstrate:290℃ 1. Ba(iPr3Cp)2由邊界層擴散至Substrate表面 *文獻中使用Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)為基板，Need Carrier Gas

7 Ba(iPr3Cp)2擴散、附著 :Si :H :O :Ba :(iPr3Cp) Ba(iPr3Cp)2通1.6sec
Tsubstrate:290℃ 2. (iPr3Cp)原子團與表面OH基反應，Ba與O接上

8 Step 1 達飽和 :Si :H :O :Ba :(iPr3Cp) Tsubstrate:290℃

9 Purge :Si :H :O :Ba N2 purge :(iPr3Cp) N2 Purge for 6sec
Tsubstrate:290℃ 3. 以N2 Purge副產物與多餘Precursor

10 H2O擴散、附著 :Si H2O :H :O :Ba :(iPr3Cp) 通入H2O 0.1sec Tsubstrate:290℃
4. 以H2O為Coreatant由邊界層擴散至Substrate表面 5. H2O之OH鍵接上Ba原子

11 Step 2達飽和 :Si :H :O :Ba :(iPr3Cp) H2O Tsubstrate:290℃

12 Purge :Si H2O :H :O :Ba N2 purge :(iPr3Cp) N2 Purge for 10sec
Tsubstrate:290℃ 6.以N2 Purge副產物與多餘H2O

13 TTIP擴散、附著 相似的流程: TTIP: Pulse for 0.3sec, Purge for 1sec
H2O: Pulse for 1sec, Purge for 3sec

14 Annealing Ti-O Ba-O Ti-O Ba-O Tannealing:500℃

15 1. 本週進度 2. BaTiO3沉積 3. BiFeO3沉積 4. 機台需求 5.前驅物價格整理

16 Precursor 1: Bi(thd)3 Precursor 2: Fe(thd)3 Coreactant: H2O
前驅物選擇 Precursor 1: Bi(thd)3 Precursor 2: Fe(thd)3 Coreactant: H2O (thd)3: 文獻: 1. Marchand, B., Jalkanen, P., Tuboltsev, V., Vehkamäki, M., Puttaswamy, M., Kemell, M., Mizohata, K., Hatanpää, T., Savin, A., Räisänen, J., Ritala, M. and Leskelä, M. (2016). Electric and Magnetic Properties of ALD-Grown BiFeO3 Films. The Journal of Physical Chemistry C, [online] 120(13), pp 2. Zhang, F., Sun, G., Zhao, W., Wang, L., Zheng, L., Liu, S., Liu, B., Dong, L., Liu, X., Yan, G., Tian, L. and Zeng, Y. (2013). Atomic Layer Deposition of BiFeO3 Thin Films Using β-Diketonates and H2O. The Journal of Physical Chemistry C, [online] 117(46), pp

17 Fe(thd)3擴散、附著 :Si Fe(thd)3 :H :O :Fe :(thd) Precursor加熱至120 ℃
Tsubstrate:250℃ 1. Fe(thd)3由邊界層擴散至Substrate表面 *文獻中使用Nb-doped SrTiO3 (001)為基板，Need Carrier Gas

18 Fe(thd)3擴散、附著 :Si :H :O :Fe :(thd) Low potential (X) Precursor通10sec
Tsubstrate:250℃ 2.(thd)原子團與表面OH基反應，Fe與O接上

19 Step 1 達飽和 :Si :H :O :Fe :(thd) Tsubstrate:250℃

20 Purge :Si :H :O :Fe N2 purge :(thd) 15sccm N2 Purge for 50sec
Tsubstrate:250℃ 3. 以N2 Purge副產物與多餘Precursor

21 H2O擴散、附著 :Si H2O :H :O :Fe :(thd) 通入H2O 10sec Tsubstrate:250℃
4. 以H2O為Coreatant由邊界層擴散至Substrate表面 5. H2O之OH鍵接上Fe原子

22 Step 2達飽和 :Si :H :O :Fe :(thd) H2O Tsubstrate:250℃

23 Purge :Si H2O :H :O :Fe N2 purge :(thd) 15sccm N2 Purge for 50sec
Tsubstrate:250℃ 6.以N2 Purge副產物與多餘H2O

24 Fe(thd)3擴散、附著 :Si Fe(thd)3 :H :O :Fe :(thd) Precursor加熱至120 ℃
Precursor通10sec Tsubstrate:250℃ 7.重複以上流程將先前空隙處填滿，形成很平整的原子層

25 Step 3 達飽和 :Si :H :O :Fe :(thd) Fe(thd)3 Tsubstrate:250℃

26 Purge :Si Fe(thd)3 :H :O :Fe N2 purge :(thd) 15sccm N2 Purge for 50sec
Tsubstrate:250℃

27 H2O擴散、附著 :Si :H :O :Fe :(thd) H2O 通入H2O 10sec Tsubstrate:250℃

28 Step 4達飽和 :Si :H :O :Fe :(thd) H2O Tsubstrate:250℃

29 Purge :Si Fe(thd)3 :H :O :Fe N2 purge :(thd) 15sccm N2 Purge for 50sec
Tsubstrate:250℃

30 以上流程為1(Fe-O)層的流程，1(Bi-O)層的流程只須 改前驅物為Bi(thd)3，Bubbler溫度為150 ℃。

31 BFO薄膜 1(Fe-O) + 1(Bi-O) or 5(Fe-O) + 5(Bi-O) or 10(Fe-O) + 10(Bi-O) ……薄膜特性略有差別。

32 Annealing Fe-O Bi-O Fe-O Bi-O Tannealing:650℃
Anneal in ultrahigh purity (99.999%) Oxygen for 60sec by RTA

33 1. 本週進度 2. BaTiO3沉積 3. BiFeO3沉積 4. 機台需求 5.前驅物價格整理

34 機台需求 能鍍固態前驅物、具備Carrier Gas管線功能 Precursor input: For液態固態各兩個input
Chamber大小 (應兩吋破片能放即可) Substrate 加熱至400℃

35 Question 機台針對熱均勻性有何特別設計? 針對固態前驅物, 有何機制, 讓製程更便利? 相關國內外其他機台的優缺點比較?
ALD機台國內外有名的廠牌有哪些?其優缺點? 前驅物配合的廠商? 機台的鋼瓶接頭? 機台的機構設計? Thermal Type 之後能否升級成Plasma Type? N2/H2/O2/H2O 如何進入?

36 1. 本週進度 2. BaTiO3沉積 3. BiFeO3沉積 4. 機台需求 5.前驅物價格整理

37 前驅物表