Characterization of Zinc Oxide, Sulfide and Oxysulfide Thin Films Grown By Spatial Atomic Layer Deposition

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorMalinen, Ville
dc.contributor.authorHeikkinen, Ismo
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorSavin, Hele
dc.date.accessioned2016-08-26T09:15:45Z
dc.date.available2016-08-26T09:15:45Z
dc.date.issued2016-08-23
dc.description.abstractIn this thesis Spatial Atomic Layer Deposition (SALD) of ZnO, ZnS and Zn(O,S) thin films using a pilot SALD reactor was studied. The films were grown on Si wafers and glass substrates using common ALD precursors DEZ, DI H2O and H2S at process temperatures ranging from 110 to 150C. The industrial applicability of SALD was investigated by studying the effect of increased substrate velocity on the film growth. This led to higher deposition rates but shortened precursor residence times. Also processing in elevated process pressures was studied to gain further understanding on the phenomena which affect SALD processing in atmospheric pressures. The growth rate, uniformity, optical properties and elemental compositions of the deposited films were studied. The employed SALD tool was confirmed to function in the ALD mode, and good quality films were deposited at all studied process temperatures, substrate velocities and process pressures. However, all process parameters significantly affected film growth and their properties, and further studies are required to optimize the deposition processes. The employed SALD tool SCS 1000 was designed to coat large-area rigid substrates. The application of SALD in the industrial-scale coating of CIGS solar cells, large metal sheets and glass substrates with oxide and sulfide thin films could be realized using similar equipment. The results presented in this thesis provide an important reference on the development of zinc-containing films deposited by SALD, and this thesis is the first published report on the SALD processing of zinc sulfide.en
dc.description.abstractTässä diplomityössä tutkittiin spatiaalisella atomikerroskasvatuksella (SALD) valmistettujen ZnO-, ZnS- ja Zn(O,S)-ohutkalvojen kasvatusprosesseja sekä ominaisuuksia. Kalvot valmistettiin pilottireaktorilla Si- ja lasisubstraattien päälle käyttämällä lähtöaineina dietyylisinkkiä, ionivaihdettua vettä sekä rikkivetyä, jotka ovat hyvin tunnettuja ALD-kemikaaleja. Kasvatuslämpötilat olivat 110-150C. SALD-menetelmän soveltuvuutta teolliseen prosessointiin tarkasteltiin kasvattamalla reaktorin linjanopeutta, mikä kasvatti pinnoitusnopeutta mutta lyhensi prekursorin altistusaikaa, ja tutkimalla näin kasvatettujen kalvojen ominaisuuksia. Lisäksi prosessipainetta kasvattamalla tutkittiin ilmiöitä, jotka vaikuttavat oksidi- ja sulfidikalvojen SALD-prosessointiin ilmanpaineessa. Kasvatettuja kalvoja tutkittiin tarkastelemalla niiden kasvunopeutta, tasaisuutta, optisia ominaisuuksia sekä alkuainekoostumusta. SALD-reaktorin varmistettiin toimivan ALD-moodissa, ja hyvälaatuisia kalvoja onnistuttiin valmistamaan kaikissa prosessilämpötiloissa ja -paineissa sekä kaikilla substraatin liikenopeuksilla. Prosessiparametrit kuitenkin vaikuttivat kasvatettujen kalvojen ominaisuuksiin ja laatuun, joten kasvatusprosessien optimointi vaatii lisätutkimusta. Tässä työssä käytetty SALD-laite, SCS 1000, on suunniteltu jäykkien, pinta-alaltaan suurten substraattien pinnoittamiseen. Samanlaista laitetta voitaisiin soveltaa teollisesti esimerkiksi CIGS-aurinkokennojen, metallilevyjen ja suurten lasisubstraattien pinnoittamiseen erilaisilla oksidi- ja sulfidipinnoitteilla. Tämä työ on ensimmäinen julkaisu sinkkisulfidin kasvatuksesta SALD-menetelmällä.fi
dc.format.extent70+9
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/21656
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-201608263112
dc.language.isoenen
dc.programmeTeknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelmafi
dc.programme.majorNanotekniikkafi
dc.programme.mcodeF3003fi
dc.rights.accesslevelopenAccess
dc.subject.keywordspatial atomic layer depositionen
dc.subject.keywordthin filmsen
dc.subject.keywordZnO, ZnS, Zn(O,S)en
dc.subject.keywordCIGS photovoltaicsen
dc.subject.keywordindustrial-scale processingen
dc.titleCharacterization of Zinc Oxide, Sulfide and Oxysulfide Thin Films Grown By Spatial Atomic Layer Depositionen
dc.titleSpatiaalisella atomikerroskasvatuksella valmistettujen sinkkioksidi-, -sulfidi- ja oksisulfidiohutkalvojen karakterisointifi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
dc.type.publicationmasterThesis
local.aalto.idinssi54323
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Heikkinen_Ismo_2016.pdf
Size:
27.47 MB
Format:
Adobe Portable Document Format