Atomic layer deposition of nickel manganese oxides

Thumbnail Image

Files

master_Tenhunen_Manu_2017.pdf (4.67 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2017-06-13

Department

Major/Subject

Chemistry

Mcode

CHEM3023

Degree programme

Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering

Language

en

Pages

100

Series

Abstract

Ternary metal oxides are among the most researched areas in inorganic chemistry. They are interesting because they offer a wide range of functionalities and their properties can be controlled with correct fabrication methods. One such method is atomic layer deposition (ALD) which, in theory, makes it possible to control the structure of the material down to the level of atom layers. In general, the atomic layer deposition of ternary oxides is challenging but the problems can be overcome with careful design of the ALD reactor and its parameters. One of the interesting materials in ternary oxides is the nickel manganese oxides which have three different structures: Spinel structure (NiMn2O4), ilmenite structure (NiMnO3) and murdochite structure (Ni6MnO8). The spinel structured NiMn2O4 has been the most interesting one and shown good results in practical applications such as an electrode material for lithium ion batteries. The other structures have been researched as potential catalysts for oxygen evolution and reduction reactions for devices like fuel cells. Nickel manganese oxide thin films have been fabricated before but not with ALD. In this work, ALD is used to fabricate nickel manganese oxide thin films and their crystal structures are determined with grazing angle incidence x-ray diffraction (GIXRD). Mn(thd)3, Ni(thd)2 and ozone are used as precursor materials. Different ratios of nickel and manganese are deposited in various temperatures to see if this causes any difference to the structure. In addition, the thin films are heat-treated and their crystal structures are examined afterwards. Some magnetic and optical measurements are also taken.

Ternääriset metallioksidit ovat tutkituimpia alueita epäorgaanisessa kemiassa. Ne ovat erityisen kiinnostavia funktionaalisuuksiensa takia ja siksi, että niiden ominaisuudet ovat säädeltävissä oikeilla valmistustekniikoilla. Eräs tällainen valmistustapa on atomitasokasvatus (ALD), jonka avulla on teoriassa mahdollista kontrolloida materiaalin rakennetta jopa atomitasoille asti. Yleisesti ottaen ternääristen metallioksidien atomitasokasvatus on haastavaa, mutta sen ongelmat voidaan usein ratkaista muuttamalla ALD-reaktorin kokoonpanoa tai sen parametreja. Yksi kiinnostava osa ternäärisiä metallioksideja on nikkelimangaanioksidit, joille on kolme eri rakennetta: spinellirakenne (NiMn2O4), ilmenite-rakenne (NiMnO3) ja murdochite-rakenne (Ni6MnO8). Spinellirakenteinen NiMn2O4 on rakenteista tutkituin ja osoittanut hyvää suorituskykyä käytännön sovelluksissa kuten elektrolyyttimateriaalina litiumioniakuissa. Muita rakenteita on tutkittu potentiaalisina katalysaattoreina hapen kehitys- ja pelkistysreaktioille esimerkiksi polttokennoihin. Nikkelimangaanioksidi ohutkalvoja on valmistettu ennen, mutta ei käyttäen atomitasokasvatusta. Tässä työssä nikkelimangaanioksidi ohutkalvoja valmistetaan atomitasokasvatuksella ja niiden kiderakenne määritetään röntgenkristallografialla. Mn(thd)3, Ni(thd)2 ja otsoni toimivat lähtöaineina. Nikkelin ja mangaanin määrää sekä kasvatuslämpötilaa vaihdellaan, jotta nähdään näiden vaikutus rakenteeseen. Lisäksi ohutkalvoja lämpökäsitellään ja niiden kiderakenteet tutkitaan tämän jälkeen. Joitain magneettisia ja optisia ominaisuuksia myös mitataan.

Description

Supervisor

Karppinen, Maarit

Thesis advisor

Hagen, Dirk

Keywords

atomic layer deposition, ternary oxides, thin film, ternary metal oxides

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201707045969

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM