Atomikerroskasvatuksessa titaanidioksidiin muodostuvien typpiepäpuhtauksien syntytapa ja merkitys

Tässä työssä on tutkittu atomikerroskasvatuksessa (ALD) titaanidioksidiohutkalvoon syntyviä typpiepäpuhtauksia. Tutkinnan kohteena ovat etenkin epäpuhtauksien syntytapa ja syntyvien epäpuhtauksien määrään vaikuttavat tekijät. Lisäksi on perehdytty siihen, millä tavalla typpiepäpuhtaudet vaikuttavat titaanidioksidin ominaisuuksiin. Työn tavoitteena oli selvittää käytettävän kasvatuslämpötilan vaikutus typpiepäpuhtauksien määrään. Typpiepäpuhtauksien syntytavan tutkiminen on merkityksellistä, sillä niiden määrä vaikuttaa titaanidioksidin puolijohdeominaisuuksiin. Ne pienentävät titaanidioksidin valenssivyön ja johtavuusvyön välistä energiaeroa ja näin parantavat sen johtavuutta. Titaanidioksidia käytetään paljon puolijohteena, joten on hyödyllistä tietää, miten sen valmistuksessa voidaan vaikuttaa epäpuhtauksien määrään. Työ sisältää teoriaosuuden ja analyyttisen osuuden. Teoriaosuudessa käsitellään tutkittavien ilmiöiden ja menetelmien teoriataustaa. Analyyttisessä osiossa on tutkittu eri kasvatuslämpötiloilla valmistettujen titaanidioksidiohutkalvojen typpiepäpuhtauksien määrää. Mittaustulokset saatiin valmiina Tampereen yliopiston Pintatieteen tutkimusryhmältä. Titaanidioksidiohutkalvojen atomikerroskasvatus suoritettiin käyttäen lämpötiloja 100 °C, 150 °C ja 200 °C. Kasvatuksen prekursoreina eli lähtöaineina käytettiin vettä (H2O) ja tetradimetyyliaminotitaania (TDMAT). Kasvatettujen ohutkalvojen alkuainekoostumukset selvitettiin röntgenviritteisellä fotoelektronispektroskopialla (XPS). Tutkimuksessa selvisi, että typpiepäpuhtauksien määrä pienenee kasvatuslämpötilan noustessa. Lämpötilassa 100 °C niiden määrä on suurin ja lämpötilassa 200 °C pienin. Kuitenkin kaikissa käytetyissä kasvatuslämpötiloissa epäpuhtauksien konsentraatio ohutkalvolla on alle 0,8 %. Typpiepäpuhtaudet ovat peräisin atomikerroskasvatuksessa käytettävästä tetradimetyyliaminotitaanista. Typpiepäpuhtaudet ovat pääosin prekursorien reaktioiden sivutuotteita, jotka matalissa kasvatuslämpötiloissa sitoutuvat kalvolle heikoilla vuorovaikutusvoimilla