XRD analysis of InGaN uniform layers grown on Si (111) without any buffer layers and on Sapphire

The International Workshop on Nitride Semiconductors (IWN) is a biennial academic conference in the field of group III nitride research. The IWN and the International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS) are held in alternating years and cover similar subject areas.

Control of doped layers in p-i-n microcrystalline solar cells fully deposited with HWCVD

In this paper, the influence of the deposition conditions on the performance of p-i-n microcrystalline silicon solar cells completely deposited by hot-wire chemical vapor deposition is studied. With this aim, the role of the doping concentration, the substrate temperature of the p-type layer and of amorphous silicon buffer layers between the p/i and i/n microcrystalline layers is investigated. Best results are found when the p-type layer is deposited at a substrate temperature of 125 °C. The dependence seen of the cell performance on the thickness of the i layer evidenced that the efficiency of our devices is still limited by the recombination within this layer, which is probably due to the charge of donor centers most likely related to oxygen.

Ferroelectric and structural instability of (Pb,Ca)TiO3 thin films prepared in an oxygen atmosphere and deposited on LSCO thin films which act as a buffer layer

Structural, microstructural and ferroelectric properties of Pb0.90Ca0.10TiO3 (PCT10) thin films deposited using La0.50Sr0.50CoO3 (LSCO) thin films which serve only as a buffer layer were compared with properties of the thin films grown using a platinum-coated silicon substrate. LSCO and PCT10 thin films were grown using the chemical solution deposition method and heat-treated in an oxygen atmosphere at 700 °C and 650 °C in a tube oven, respectively. X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy results showed that PCT10 thin films deposited directly on a platinum-coated silicon substrate exhibit a strong tetragonal character while thin films with the LSCO buffer layer displayed a smaller tetragonal character. Surface morphology observations by atomic force microscopy (AFM) revealed that PCT10 thin films with a LSCO buffer layer had a smoother surface and smaller grain size compared with thin films grown on a platinum-coated silicon substrate. Additionally, the capacitance versus voltage curves and hysteresis loop measurement indicated that the degree of polarization decreased for PCT10 thin films on a LSCO buffer layer compared with PCT10 thin films deposited directly on a platinum-coated silicon substrate. This phenomenon can be described as the smaller shift off-center of Ti atoms along the c-direction 〈001〉 inside the TiO6 octahedron unit due to the reduction of lattice parameters. Remnant polarization (P r ) values are about 30 μC/cm2 and 12 μC/cm2 for PCT10/Pt and PCT10/LSCO thin films, respectively. Results showed that the LSCO buffer layer strongly influenced the structural, microstructural and ferroelectric properties of PCT10 thin films. © 2013 Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l.

In-situ X-ray diffraction studies during growth of Ni-Ti shape memory alloy films and their complementary ex-situ characterization

Shape Memory Alloy (SMA) Ni-Ti films have attracted much interest as functional and smart materials due to their unique properties. However, there are still important issues unresolved like formation of film texture and its control as well as substrate effects. Thus, the main challenge is not only the control of the microstructure, including stoichiometry and precipitates, but also the identification and control of the preferential orientation since it is a crucial factor in determining the shape memory behaviour. The aim of this PhD thesis is to study the optimisation of the deposition conditions of films of Ni-Ti in order to obtain the material fully crystallized at the end of the deposition, and to establish a clear relationship between the substrates and texture development. In order to achieve this objective, a two-magnetron sputter deposition chamber has been used allowing to heat and to apply a bias voltage to the substrate. It can be mounted into the six-circle diffractometer of the Rossendorf Beamline (ROBL) at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Grenoble, France, enabling an in-situ characterization by X-ray diffraction(XRD) of the films during their growth and annealing. The in-situ studies enable us to identify the different steps of the structural evolution during deposition with a set of parameters as well as to evaluate the effect of changing parameters on the structural characteristics of the deposited film. Besides the in-situ studies, other complementary ex-situ characterization techniques such as XRD at a laboratory source, Rutherford backscattering spectroscopy(RBS), Auger electron spectroscopy (AES), cross-sectional transmission electron microscopy (X-TEM), scanning electron microscopy (SEM), and electrical resistivity (ER) measurements during temperature cycling have been used for a fine structural characterization. In this study, mainly naturally and thermally oxidized Si(100) substrates, TiN buffer layers with different thicknesses (i.e. the TiN topmost layer crystallographic orientation is thickness dependent) and MgO(100) single crystals were used as substrates. The chosen experimental procedure led to a controlled composition and preferential orientation of the films. The type of substrate plays an important role for the texture of the sputtered Ni-Ti films and according to the ER results, the distinct crystallographic orientations of the Ni-Ti films influence their phase transformation characteristics.

Perpendicular magnetic anisotropy in chemically disordered FePd-FeV(100) alloy thin films

We find that the use of V(100) buffer layers on MgO(001) substrates for the epitaxy of FePd binary alloys yields to the formation at intermediate and high deposition temperatures of a FePd¿FeV mixed phase due to strong V diffusion accompanied by a loss of layer continuity and strong increase of its mosaic spread. Contrary to what is usually found in this kind of systems, these mixed phase structures exhibit perpendicular magnetic anisotropy (PMA) which is not correlated with the presence of chemical order, almost totally absent in all the fabricated structures, even at deposition temperatures where it is usually obtained with other buffer layers. Thus the observed PMA can be ascribed to the V interdiffusion and the formation of a FeV alloy, being the global sample saturation magnetization also reduced.

Reduced microwave losses of YBa2Cu3O7_thin films on electro-optic LiNbO3 crystals

We report on the growth of epitaxial YBa2Cu3O7 thin films on X-cut LiNbO3 single crystals. The use of double CeO2/YSZ buffer layers allows a single in-plane orientation of YBa2Cu3O7, and results in superior superconducting properties. In particular, surface resistance Rs values of 1.4 m¿ have been measured at 8 GHz and 65 K. The attainment of such low values of Rs constitutes a key step toward the incorporation of high Tc materials as electrodes in photonic and acoustic devices.

Perovskite-based heterostructures integrating ferromagnetic-insulating La0.1Bi0.9MnO3

We report on the growth of thin films and heterostructures of the ferromagnetic-insulating perovskite La0.1Bi0.9MnO3. We show that the La0.1Bi0.9MnO3 perovskite grows single phased, epitaxially, and with a single out-of-plane orientation either on SrTiO3 substrates or onto strained La2/3Sr1/3MnO3 and SrRuO3 ferromagnetic-metallic buffer layers. We discuss the magnetic properties of the La0.1Bi0.9MnO3 films and heterostructures in view of their possible potential as magnetoelectric or spin-dependent tunneling devices.

Reduced microwave losses of YBa2Cu3O7_thin films on electro-optic LiNbO3 crystals

We report on the growth of epitaxial YBa2Cu3O7 thin films on X-cut LiNbO3 single crystals. The use of double CeO2/YSZ buffer layers allows a single in-plane orientation of YBa2Cu3O7, and results in superior superconducting properties. In particular, surface resistance Rs values of 1.4 m¿ have been measured at 8 GHz and 65 K. The attainment of such low values of Rs constitutes a key step toward the incorporation of high Tc materials as electrodes in photonic and acoustic devices.

Magnetische Kopplungen in magneto-optischen Speicherschichten

Im Rahmen dieser Arbeit wurden magneto-optische Speicherschichten und ihre Kopplungen untereinander untersucht. Hierzu wurden zum Einen die für die magneto-optische Speichertechnologie "klassischen" Schichten aus RE/TM-Legierungen verwendet, zum Anderen aber auch erfolgreich Granate integriert, die bisher nicht in diesem Anwendungsgebiet verwendet wurden. Einleitend werden die magneto-optischen Verfahren, die resultierenden Anforderungen an die dünnen Schichten und die entsprechenden physikalischen Grundlagen diskutiert. Außerdem wird auf das Hochfrequenz-Sputtern von RE/TM-Legierungen eingegangen und die verwendeten magneto-optischen Messverfahren werden erläutert [Kap. 2 & 3]. Die Untersuchungen an RE/TM-Schichten bestätigen die aus der Literatur bekannten Eigenschaften. Sie lassen sich effektiv, und für magneto-optische Anwendungen geeignet, über RF-Sputtern herstellen. Die unmittelbaren Schicht-Parameter, wie Schichtdicke und Terbium-Konzentration, lassen sich über einfache Zusammenhänge einstellen. Da die Terbium-Konzentration eine Änderung der Kompensationstemperatur bewirkt, lässt sich diese mit Messungen am Kerr-Magnetometer überprüfen. Die für die Anwendung interessante senkrechte magnetische Anisotropie konnte ebenfalls mit den Herstellungsbedingungen verknüpft werden. Bei der Herstellung der Schichten auf einer glatten Glas-Oberfläche (Floatglas) zeigt die RE/TM-Schicht bereits in den ersten Lagen ein Wachstumsverhalten, das eine senkrechte Anisotropie bewirkt. Auf einer Quarzglas- oder Keramik-Oberfläche wachsen die ersten Lagen in einer durch das Substrat induzierten Struktur auf, danach ändert sich das Wachstumsverhalten stetig, bis eine senkrechte Anisotropie erreicht wird. Dieses Verhalten kann auch durch verschiedene Pufferschichten (Aluminium und Siliziumnitrid) nur unwesentlich beeinflusst werden [Kap. 5 & Kap. 6]. Bei der direkten Aufbringung von Doppelschichten, bestehend aus einer Auslese-Schicht (GdFeCo) auf einer Speicherschicht (TbFeCo), wurde die Austausch-Kopplung demonstriert. Die Ausleseschicht zeigt unterhalb der Kompensationstemperatur keine Kopplung an die Speicherschicht, während oberhalb der Kompensationstemperatur eine direkte Kopplung der Untergitter stattfindet. Daraus ergibt sich das für den MSR-Effekt erwünschte Maskierungsverhalten. Die vorher aus den Einzelschichten gewonnen Ergebnisse zu Kompensationstemperatur und Wachstumsverhalten konnten in den Doppelschichten wiedergefunden werden. Als Idealfall erweist sich hier die einfachste Struktur. Man bringt die Speicherschicht auf Floatglas auf und bedeckt diese direkt mit der Ausleseschicht [Kap. 7]. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, den Faraday-Effekt einer Granatschicht als verstärkendes Element zu nutzen. Im anwendungstauglichen, integrierten Schichtsystem konnten die kostengünstig, mit dem Sol-Gel-Verfahren produzierten, Granate die strukturellen Anforderungen nicht erfüllen, da sich während der Herstellung Risse und Löcher gebildet haben. Bei der experimentellen Realisierung mit einer einkristallinen Granatschicht und einer RE/TM-Schicht konnte die prinzipielle Eignung des Schichtsystems demonstriert werden [Kap. 8].

The Effect of Periodic Silane Burst on the Properties of GaN on Si (111) Substrates

The periodic silane burst technique was employed during metalorganic chemical vapor deposition of epitaxial GaN on AlN buffer layers grown on Si (111). Periodic silicon delta doping during growth of both the AlN and GaN layers led to growth of GaN films with decreased tensile stresses and decreased threading dislocation densities, as well as films with improved quality as indicated by x-ray diffraction, micro-Raman spectroscopy, atomic force microscopy, and transmission electron microscopy. The possible mechanism of the reduction of tensile stress and the dislocation density is discussed in the paper.

Erbium and ytterbium co-doped SiO2 : GeO2 planar waveguide prepared by the sol-gel route using an alternative precursor

The sol-gel method combined with a spin-coating technique has been successfully applied for the preparation of rare-earth doped silica:germania films used for the fabrication of erbium-doped waveguide amplifiers (EDWA), presenting several advantages over other methods for the preparation of thin films. As with other methods, the sol-gel route also shows some drawbacks, such as cracks related to the thickness of silica films and high hydrolysis rate of certain precursors such as germanium alkoxides. This article describes the preparation and optical characterization of erbium and ytterbium co-doped SiO2:GeO2 crack-free thick films prepared by the sol-gel route combined with a spin-coating technique using a chemically stable non-aqueous germanium oxide solution as an alternative precursor. The non-crystalline films obtained are planar waveguides exhibiting a single mode at 1,550 nm with an average thickness of 3.9 mu m presenting low percentages of porosity evaluated by the Lorentz-Lorenz Effective Medium Approximation, and low stress, according to the refractive index values measured in both transversal electric and magnetic polarizations. Weakly confining core layers (0.3% < Delta n < 0.75%) were obtained according to the refractive index difference between the core and buffer layers, suggesting that low-loss coupling EDWA may be obtained. The life time of the erbium I-4(13/2) metastable state was measured as a function of erbium concentration in different systems and based on these values it is possible to infer that the hydroxyl group was reduced and the formation of rare-earth clusters was avoided.

Layered superconductivity models at the London limit and their continuum properties

We write the London limit of the Lawrence Doniach free energy in terms of the local magnetic field and of the average supercurrent over the interplane distance. Starting from this formulation we study a model where the supercurrent at the buffer layers is obtained from the superconducting sheets by a Taylor expansion. The continuum limit of this model gives corrections to the anisotropic London theory due to the layered structure.

Preparação e caracterização óptica de filmes nanocristalinos de GaAs:H depositados por RF magnetron sputtering

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Nanoestruturas de GaN crescidas pelas técnicas de epitaxia por magnetron sputtering e epitaxia por feixe molecular

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Magnetic tunneling junctions with the Heusler compound Co 2 Cr 0.6 Fe 0.4 Al

Materialen mit sehr hoher Spinpolarisation werden für Anwendungen im Bereich der Spin-Elektronik benötigt. Deshalb werden große Forschungsanstrengungen zur Untersuchung der Eigenschaften von Verbindungen mit potentiell halbmetallischem Charakter, d. h.mit 100% Spinpolarisation, unternommen. In halbmetallischen Verbindungen, erwartet man eine Lücke in der Zustandsdichte an der Fermi Energie für Ladungsträger einer Spinrichtung, wahrend die Ladungsträger mit der anderen Spinrichtung sich metallisch verhalten. Eine Konsequenz davon ist, dass ein Strom, der durch solche Verbindung fließt, voll spinpolarisiert ist. Die hohe Curie-Temperatur Tc (800 K) und der theoretisch vorhergesagte halbmetallische Charakter machen Co2Cr0.6Fe0.4Al (CCFA) zu einem guten Kandidaten für Spintronik-Anwendungen wie magnetische Tunnelkontakte (MTJs = Magnetic Tunneling Junctions). In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von dünnen CCFA Schichten dargestellt. Diese Schichten wurden in MTJs integriert und der Tunnel-Magnetowiderstands-Effekt untersucht. Hauptziele waren die Messung der Spinpolarisation und Untersuchungen der elektronischen Struktur von CCFA. Der Einfluss verschiedener Depositionsparameter auf die Eigenschaften der Schichten, speziell auf der Oberflächenordnung und damit letztlich auf den Tunnel-Magnetowiderstand (TMR), wurde bestimmt. Epitaktische d¨unne CCFA Schichten mit zwei verschiedenen Wachstumsrichtungen wurden auf verschiedene Substrate und Pufferschichten deponiert. Ein Temperverfahren wurde eingesetzt um die strukturelle Eigenschaften der dünnen Schichten zu verbessern. Für die MTJs wurde Al2O3 als Barrierenmaterial verwendet und Co als Gegenelektrode gewählt. Die Mehrschicht-Systeme wurden in Mesa-Geometrie mit lithographischen Methoden strukturiert. Eine maximal Jullière Spinpolarisation von 54% wurde an Tunnelkontakte mit epitaktischen CCFA Schichten gemessen. Ein starker Einfluss der Tempernbedingungen auf dem TMR wurde festgestellt. Eine Erhörung des TMR wurde mit einer Verbesserung der Oberflächenordung der CCFA Schichten korreliert. Spektroskopische Messungen wurden an den MTJs durchgeführt. Diesen Messungen liefern Hinweise auf inelastische Elektron-Magnon und Elektron-Phonon Stossprozesse an den Grenzflächen. Einige der beobachteten Strukturen konnten mit der berechneten elektronischen Struktur von CCFA korreliert worden.