Structural and optical properties of copper- and nickel-oxynitride films

Uslu, Fahri; Wuttig, Matthias

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-26996

Structural and optical properties of copper- and nickel-oxynitride films = Strukturelle und optische Eigenschaften von Kupfer- und Nickel-Oxinitrid-Schichten

Uslu, Fahri (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelgt von Fahri Uslu

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

Umfang186 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Wuttig, Matthias (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-08-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-26996
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50600/files/Uslu_Fahri.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Reaktives Sputtern (Genormte SW) ; Röntgendiffraktometrie (Genormte SW) ; Durchstrahlungselektronenmikroskopie (Genormte SW) ; Dünne Schicht (Genormte SW) ; Physik (frei) ; reactive sputtering (frei) ; thin film (frei) ; x-ray diffraction (frei) ; transmission-electronmicroscopy (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In dieser Arbeit wurden die strukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften von Kupfer - und Nickel- Oxinitrid Schichten untersucht. Die Schichten wurden in einer Argon/Sauerstoff- und Stickstoffatmosphäre mittels der Magnetronsputtertechnik von einem metallichen Target auf Glas - und Siliziumsubstraten abgeschieden. Oxinitridschichten wurden unter unterschiedlichen Depositionsbedingungen hergestellt, insbesondere durch Variation des Stickstoff- zu Sauerstoffverhältnisses. Hierdurch war es möglich, Schichten mit physikalischen Eigenschaften herzustellen, die zwischen denen des entsprechenden Oxids und Nitrids von Kupfer und Nickel variieren. Für das Kupferoxinitridsystem wurde die Fragestellung untersucht ob Sauerstoff in das Kristallgitter von Kupfernitrid während der Deposition eingebaut wird. Basierend auf Kompositionsdaten, Röntgendiffraktometrie und Simulation der Diffraktometriedaten können wir dies ausschließen. Deshalb wird angenommen, dass die Kupferoxinitridschichten aus zwei Phasen bestehen, nämlich Kupferoxid und Kupfernitrid, wobei entweder das Oxid oder das Nitrid im amorphen Zustand vorliegt. Des Weiteren wurden Schichten, die zwischen 2 und 10 Stickstoff- zu Sauerstoffverhältnissen deponiert wurden, mit Bandlücken zwischen 1 und 2.4 eV hergestellt. Die Nickeloxinitridschichten, die bei hohen Stick- zu Sauerstoff Verhältnissen hergestellt wurden, zeigen ähnliche Eigenschaften wie die Kupferoxinitridschichten. Die Schichten, welche hohe Sauerstoffkonzentrationen aufweisen, besitzen Bandlücken zwischen 2.2 und 3.6 eV. Eine Besonderheit hierbei sind die Schichten, die eine Bandlücke von ca. 2.3 eV haben, die metallisches Verhalten bzgl. der elektrischen Eigenschaften zeigen. Die Nickeloxinitrid-schichten, die bei niedrigen Sauerstoffkonzentrationen hergestellt wurden bestehen aus zwei unterschiedlichen Phasen des Nickelnitrids (mit hexagonalem und raumzentriert tetragonalem Kristalgitter). Die Deposition von Nickelnitrid ohne Sauerstoff führt nur zu Nickelnitrid mit der hexagonalen Struktur.

In this work, the structural, optical and electrical properties of copper- and nickel-oxynitride films have been investigated. The films have been deposited onto glass and silicon substrates by means of reactive dc sputtering from a metallic target in an argon/oxygen and nitrogen gas mixture. Oxynitride films have been prepared under different deposition conditions, in particular upon varying the nitrogen to oxygen gas flow, i.e. the relative gas flow ratio. It was possible to deposit films with physical properties varying between those of the corresponding oxides and nitrides of copper and nickel. It has been shown for the copper-oxynitride system, based on composition and X-ray analysis as well as simulations of the X-ray data that the incorporation of oxygen into the lattice of Cu3N and substitution of nitrogen by oxygen in the crystal structure of Cu3N is not in agreement with the experimental data. Therefore, it is believed that the copper-oxynitride films consists of two phase, namely the copperoxide and coppernitride, whereas whether the copperoxide or the coppernitride phase is amorphous. Furthermore, in the relative gas flow ratio of 2 and 10, films with optical band gap values ranging between 1 and 2.4 eV have been obtained. The deposition of nickel-oxynitride films at higher oxygen flows has yielded similar results such as the copper-oxynitride system. The nickel-oxynitride films deposited at high oxygen concentrations have band gap values covering a range of 2.2 to 3.6 eV. A peculiarity is here the occurrence of nickel-oxynitride films with band gap values of around 2.3 eV, revealing metallic behaviour regarding the electrical properties. A special feature here is the occurrence of phase separation for the nickel-oxynitride films sputtered in the nitride-mode. The addition of small amounts of oxygen led to the coexistence of two nickel-nitride phases, a hexagonal and a body centred tetragonal, which is not observed by the deposition of nickel-nitride films in an argon/nitrogen discharge.

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