Growth of Thin Films and Thin Film Transfer for Metamaterial Synthesis: Syntesis of Semiconductor Thin Film on Metal Thin Film
Translated title
Growth of Thin Films and Thin Film Transfer for Metamaterial Synthesis
Author
Petersen, Julia
Term
4. semester
Education
Publication year
2025
Submitted on
2025-05-30
Pages
84
Abstract
This project investigates how to make very thin layers (thin films) of gold (Au) and gallium nitride (GaN) using two vacuum-based methods. Physical vapor deposition (PVD) evaporates material onto a surface, and molecular beam epitaxy (MBE) directs beams of atoms onto a heated surface for precise growth. Gold films were deposited by PVD onto quartz glass without any intermediate adhesion layer. GaN films were grown by MBE while heating the substrate. We tested two types of substrates for GaN: silicon with a (100) orientation, noted as Si(100), and muscovite mica. On Si(100), the temperature of the gallium source was first optimized to 970 °C. We then varied the sample (substrate) temperature to 650 °C, 710 °C, 725 °C, and 760 °C. For muscovite mica, we used two sample sizes to promote even heat flow through the thin substrate: 25 × 25 × 0.15 mm and 9 × 32 × 0.15 mm. For both sizes, we modeled the heat distribution with COMSOL, a simulation tool. Large mica samples were grown at temperatures from 550 °C to 850 °C in 50 °C steps. The lowest temperature tested whether deposition was possible, and the highest helped locate the heating threshold for muscovite mica. Smaller mica samples were grown from 650 °C to 800 °C in 50 °C steps, with additional runs at 770 °C and 780 °C. All samples were examined by optical microscopy, atomic force microscopy (AFM, which scans surfaces at the nanoscale), and photoluminescence (light emission) measurements. X-ray diffraction (XRD, used to probe crystal structure) was performed only for GaN on Si(100). For assembling or mounting the samples, we tried three approaches: the silane MPTS (3-mercaptopropyl(trimethoxysilane)), silver epoxy, and adhesive tape lift-off.
Dette projekt undersøger, hvordan man fremstiller meget tynde lag (tynde film) af guld (Au) og galliumnitrid (GaN) ved hjælp af to vakuumbaserede metoder. Fysisk dampaflejring (PVD) fordamper materiale ned på en overflade, og molekylstråleepitaksi (MBE) sender stråler af atomer mod en opvarmet overflade for præcis vækst. Guldfilm blev aflejret med PVD på kvartsglas uden et mellem- eller adhæsionslag. GaN-film blev dyrket med MBE, mens substratet blev opvarmet. Vi testede to typer substrater til GaN: silicium med (100)-orientering, angivet som Si(100), og muscovit-mika. På Si(100) blev temperaturen af galliumkilden først optimeret til 970 °C. Derefter varierede vi prøvetemperaturen til 650 °C, 710 °C, 725 °C og 760 °C. For muscovit-mika anvendte vi to prøvestørrelser for at opnå en jævn varmefordeling gennem den tynde plade: 25 × 25 × 0,15 mm og 9 × 32 × 0,15 mm. For begge størrelser modellerede vi varmefordelingen i COMSOL, et simuleringsværktøj. Store mika-prøver blev aflejret ved temperaturer fra 550 °C til 850 °C i trin på 50 °C. Den laveste temperatur skulle vise, om aflejring var mulig, og den højeste skulle fastlægge varmetærsklen for muscovit-mika. Mindre mika-prøver blev aflejret fra 650 °C til 800 °C i trin på 50 °C, med ekstra forsøg ved 770 °C og 780 °C. Alle prøver blev undersøgt med optisk mikroskopi, atomkraftmikroskopi (AFM, som skanner overflader i nanoskala) og fotoluminescensmålinger (lysemission). Røntgendiffraktion (XRD, til at undersøge krystalstrukturen) blev kun udført for GaN på Si(100). Til montering af prøverne anvendte vi tre metoder: silanen MPTS (3-mercaptopropyl(trimethoxysilane)), sølv-epoxy og tape-lift-off.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]