Growth and characterization of lead selenide

No Thumbnail Available
Files
Haapalinna_Aino_2024.pdf (19.32 MB)
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Date
2024-01-12
Department
Major/Subject
Teknillinen fysiikka
Mcode
SCI3028
Degree programme
Teknistieteellinen kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
18
Series
Abstract
Lead selenide is a IV-VI semiconductor, which principal property is its narrow band gap. The direct band gap of only 0.26 eV makes lead selenide sensitive to low-energy radiation, and thus it has been used widely, e.g., in infrared detectors. The use of lead selenide in the above-mentioned purpose, as well as in the study of its properties, require clean uniform samples, and thus manufacturing it in pure two-dimensional films is desirable. Molecular beam epitaxy offers a way of growing materials in a highly controlled manner in an ultra-high vacuum, and thus satisfies the demand. In this bachelor’s thesis, we optimized the growth of lead selenide on molecular beam epitaxy, in the pursuit of uniform monolayer islands that would exhibit the characteristic rectangular lattice structure of lead selenide. Samples grown with molecular beam epitaxy were characterized through scanning electron microscopy, which allowed examining the surface morphology of the sample on a nanoscale. Major challenges regarding the sample coverage complicated finding optimal growth parameters, and the acquired results show some unexpected growth formations, which contradict the known structure of lead selenide. This naturally prompts new questions about the growth of lead selenide concerning especially its structure and composition, which calls for further study on the topic.

Lyijyseleniidi on ryhmän IV-VI puolijohde, joka tunnetaan ensisijaisesti kapeasta kaistaerostaan. 0.26 eV suoran kaistaeron johdosta lyijyseleniidi on herkkä havaitsemaan matalaenergistä säteilyä, minkä vuoksi sitä on käytetty laajalti muun muassa infrapunasensoreissa. Lyijyseleniidin käyttö yllämainittuun tarpeeseen, sekä sen ominaisuuksien tutkiminen vaativat puhtaita ja tasaisia näytteitä, minkä takia siitä tulee valmistaa virheettömiä kaksiulotteisia kalvoja. MBE mahdollistaa kasvattamisen tarkan hallinnan UHV-kammiossa, ja täyttää siten vaatimukset. Tässä opinnäytetyössä optimoimme lyijyseleniidin kasvatuksen MBE:llä, tavoitteenamme kasvattaa tasaisia yksikerroksisia saarekkeita, joissa näkyisi lyijyseleniidille tyypillinen suorakulmainen hilarakenne. MBE:llä kasvatetut näytteet karakterisoitiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, joka mahdollistaa näytteen pinnan muodon analysoimisen nanoskaalalla. Haasteet näytteiden peittävyyden suhteen vaikeuttivat optimaalisten kasvuparametrien löytämistä, ja saadut tulokset osoittavat odottamatonta kasvua, joka ei tue lyijyseleniidin tunnettua rakennetta. Tämä luonnollisesti tuo esiin uusia kysymyksiä lyijyseleniidin kasvusta, erityisesti sen rakenteen ja koostumuksen suhteen, minkä takia aihetta täytyisi tutkia pidemmälle.
Description
Supervisor
Liljeroth, Peter
Thesis advisor
Drost, Robert
Keywords
mMolecular beam epitaxy, lead selenide, qrowth islands
Other note
Citation