Publication detail

Low-Temperature Atomic Layer Deposition of Highly Conformal Tin Nitride Thin Films for Energy Storage Devices

Year: 2019

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: ACS Applied Materials & Interfaces

Page from-to: 43608−43621

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Tenké vrstvy nitridu cínu s využitím pro ukládání energie připravené depozicí atomových vrstev za nízkých teplot	Článek popisuje proces depozice atomových vrstev (ALD) pro syntézu tenkých vrstev nitridu cínu (SnNx) za použití tetrakis (dimethylamino) cínu (TDMASn, Sn (NMe2) 4) a amoniaku (NH3) jako prekurzorů při nízkých teplotách depozice (70 - 200 ° C). Toto nově vyvinuté schéma ALD vykazuje ideální vlastnosti ALD, jako je omezený růst filmu při 150 ° C. Bylo zjištěno, že růst na cyklus (GPC) je přibližně 0,21 nm / cyklus při 70 ° C, který se snižuje se zvyšující se depoziční teplotou. Je zajímavé, že když byla depoziční teplota mezi 125 a 180 ° C, GPC zůstala téměř konstantní při přibližně 0,10 nm / cyklus, což naznačuje teplotní okno ALD, zatímco při dalším zvyšování teploty na 200 ° C se GPC výrazně snížila na přibližně 0,04 nm / cyklus. Termodynamická analýza pomocí výpočtů DFT ukázala, že k samo-saturaci TDMASn dojde na povrchu pokrytém NH2. Kromě toho také navrhuje, že ke kondenzaci molekulárního prekurzoru a desorpci povrchových * NH2 skupin dojde při nižších a vyšších teplotách mimo ALD okno, v tomto pořadí. Díky charakteristikám ALD lze tento proces použít k důsledné a rovnoměrné depozici SnNx na ultra tenkou strukturu Si s dvojitým příkopem (minimální šířka: 15 nm; poměr stran: 6,3) s krokovým pokrytím blízkým 100%. K charakterizaci vlastností filmu za různých podmínek depozice bylo použito několik analytických nástrojů, jako je transmisní elektronová mikroskopie, rentgenová difrakce (XRD), rentgenová fotoelektronová spektroskopie, Rutherfordova spektrometrie zpětného rozptyluá a sekundární iontová hmotnostní spektrometrie. XRD ukázalo, že hexagonální SnN fáze byla získána při relativně nízké depoziční teplotě (100 až 150 ° C), zatímco krychlový Sn3N4 byl vytvořen při vyšší depoziční teplotě (175 až 200 ° C). Stechiometrie těchto tepelně rostoucích ALD-SnNx filmů (poměr Sn-N) deponovaných při 150 ° C byla stanovena na 1: 0,93 se zanedbatelnými nečistotami. Optoelektronické vlastnosti filmů SnNx, jako je šířka zakázaného pásu, závislost indexu lomu na vlnové délce,	depozice atomových vrstev; SnNx; nízké teploty; TDMASn; NH3; DFT; ukládání energie
eng	Low-Temperature Atomic Layer Deposition of Highly Conformal Tin Nitride Thin Films for Energy Storage Devices	We present an atomic layer deposition (ALD) process for the synthesis of tin nitride (SnNx) thin films using tetrakis(dimethylamino) tin (TDMASn, Sn(NMe2)4) and ammonia (NH3) as the precursors at low deposition temperatures (70−200 °C). This newly developed ALD scheme exhibits ideal ALD features such as self-limited film growth at 150 °C. The growth per cycle (GPC) was found to be cca 0.21 nm/cycle at 70 °C, which decreased with increasing deposition temperature. Interestingly, when the deposition temperature was between 125 and 180 °C, the GPC remained almost constant at cca 0.10 nm/cycle, which suggests an ALD temperature window, whereas upon further increasing the temperature to 200 °C, the GPC considerably decreased to cca 0.04 nm/cycle. Thermodynamic analysis via density functional theory calculations showed that the self-saturation of TDMASn would occur on an NH2-terminated surface. Moreover, it also suggests that the condensation of a molecular precursor and the desorption of surface *NH2 moieties would occur at lower and higher temperatures outside the ALD window, respectively. Thanks to the characteristics of ALD, this process could be used to conformally and uniformly deposit SnNx onto an ultranarrow dual-trench Si structure (minimum width: 15 nm; aspect ratio: ∼6.3) with ∼100% step coverage. Several analysis tools such as transmission electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy, Rutherford backscattering spectrometry, and secondary-ion mass spectrometry were used to characterize the film properties under different deposition conditions. XRD showed that a hexagonal SnN phase was obtained at a relatively low deposition temperature (100−150 °C), whereas cubic Sn3N4 was formed at a higher deposition temperature (175−200 °C). The stoichiometry of these thermally grown ALD-SnNx films (Sn-to-N ratio) deposited at 150 °C was determined to be ∼1:0.93 with negligible impurities. The optoelectronic properties of the SnNx films, suc	atomic layer deposition; SnNx; low temperature; TDMASn; NH3; density functional theory; energy storage

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links