Projekta nosaukums:
Funkcionālas platzonas gallija oksīda un cinka gallāta plānas kārtiņas un jaunas uzklāšanas tehnoloģijas
Projekta numurs: 1.1.1.1/20/A/057
Tips: Eiropas Reģionālās attīstības fonds
Projekta ilgums: 01.01.2021 - 30.06.2023.
Projekta vadītājs: LU Cietvielu fizikas institūts, Dr. Juris Purāns
Sadarbības partneri: SIA AGL Technologies, Dr. Andris Āzens, SIA BC Corporation Limited, Dr. Lauris Dimitročenko.
Kopējais finansējums: 537 004 EUR
LU CFI finansējums: 322 000 EUR
Projekta kopsavilkums:
Gallija oksīds Ga2O3 šobrīd ir kļuvis par vienu no visvairāk pētītākajiem materiāliem. Gandrīz jebkurā ar materiālzinātni saistītā zinātniskā žurnāla numurā ir raksti par gallija oksīda audzēšanu, materiāla īpašībām vai tā ierīču pielietojumiem. Iemesls lielajai interesei ir šī platās aizliegtās zonas materiāla ārkārtīgi daudzsološās īpašības elektroniskos un optiskos pielietojumos kopā ar relatīvi nedārgiem pamatņu materiāliem. Pavisam nesen ir parādīts, ka platzonas spineļa cinka gallātam ZnGa2O4 ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar gallija oksīdu, kas būtu jāpēta padziļinātāk.
Šī rūpnieciskā pētījuma projekta mērķis ir attīstīt modernas augsta uzklāšanas ātruma PVD magnetrona izputināšanas un MOCVD tehnoloģijas, lai uzklātu funkcionālas ultra-platas aizliegtās zonas gallija oksīda Ga2O3 un cinka gallāta ZnGa2O4 plānās kārtiņas optoelektronikas un elektronikas pielietojumiem.
Galvenie uzdevumi ir:
Piedāvāto rūpniecisko pētījuma projektu īstenos LU CFI, SIA AGL Technologies un SIA BC Corporation Limited. Šis starpdisciplinārais projekts sastāv no pētījumiem fizikas un ķīmijas zinātnēs (1.3., 1.4.) un materiālu inženierzinātnē (2.5.).
30.06.2023
Y leģētas Ga2O3 kārtiņas (0,2–19,3 at.% Y) tika uzklātas ar reaktīvo magnetronu kop-izputināšanu no itrija un gallija metālu mērķiem uz Si pamatnēm istabas temperatūrā. ZnGa2O4 leģēšana ar Er un Eu tika izmēģināta, uz Zn mērķa erozijas zonas attiecīgi novietojot nelielus Er2O3 un Eu metāla gabaliņus; tomēr netika novērota pietiekama izputināšana. Uz Ga bāzes uzklātu oksīda kārtiņu leģēšana ar RE, izmantojot reaktīvo magnetrono kop-izputināšanu, ir sarežģīta RE augstās reaģētspējas ar skābekli dēļ, kā rezultātā ir zems izputināšanas ātrums. Lai to atrisinātu, ir nepieciešams izmantot atsevišķu RE mērķi (nevis mazus RE gabalus uz cieta mērķa, piemēram, Zn, ZnGa2O4 leģēšanas gadījumā) un rūpīgi pielāgot izputināšanas apstākļus. Mēs parādījām, ka ir iespējams efektīvi leģēt Ga2O3 kārtiņas ar Y, izmantojot atsevišķu Y mērķi. Statiskais uzklāšanas ātrums svārstās no 0,3 līdz 77,2 nm/min. Sagatavots zinātniskā raksta manuskripts par ZnGa2O4 kārtiņu uzklāšanu – tiks publicēts pēcuzraudzības periodā. (Aktivitāte 1).
Tika pabeigta procesa optimizācija spineļa ZnGa2O4 plāno kārtiņu MOCVD audzēšanai. Tika sagatavoti tehniskie ziņojumi un publicēts zinātnisks raksts: Butanovs, E., Zubkins, M., Nedzinskas, R., Zadin, V. & Polyakov, B. Comparison of two methods for one-dimensional Ga2O3-ZnGa2O4 core–shell heterostructure synthesis. J. Cryst. Growth 618, 127319 (2023). (Aktivitāte 2).
Tika veikta stabilāko gallija oksīda (001), (101), (-201) un (010) 2D plātņu datormodelēšana, izmantojot datorkodu CRYSTAL. Tika aprēķinātas tilpuma materiālu vibrāciju īpašības, infrasarkanie (IR) un Ramana spektri un salīdzināti ar plānām kārtiņām, kas iegūtās, izmantojot magnetrono izputināšanu. (Aktivitāte 3).
Y leģētās Ga2O3 kārtiņas, kas uzklātas ar reaktīvo magnetrono kop-izputināšanas metodi, tika pētītas ar XRD, XPS dziļuma profilēšanu, UV-Vis-NIR spektroskopiju un spektroskopisko elipsometriju. XPS un XRD metodes tika izmantotas kā atgriezeniskā saite, lai optimizētu ZnGa2O4 kārtiņu MOCVD audzēšanu. Tika sagatavotas tehniskās atskaites. (Aktivitāte 4).
31.03.2023
Attiecīgajā laika periodā CuGa2O4 un CuGaO2 kārtiņu uzklāšana uz c-plaknes safīra pamatnēm tika veikta ar reaktīvo magnetrono kop-izputināšanu no šķidra/cieta Ga/Cu mērķiem. Dažādi ķīmiskie sastāvi un fāzes tika iegūtas, variējot Cu mērķa izputināšanas jaudu, O2/Ar gāzu plūsmu attiecību un izputināšanas spiedienu. Pamatnes temperatūra tika izvēlēta 800 °C. Plazmas optiskās emisijas spektroskopija tika veiksmīgi izmantota, lai sasniegtu izvēlēto procesa režīmu un nodrošinātu stabilu procesu uzklāšanas laikā (Aktivitāte 1).
Ar MOCVD tika izaudzētas ZnGa2O4 kārtiņas uz dažādas orientācijas safīra pamatnēm. Tika pētīta to kristalogrāfiskās orientācijas atkarība no safīra virsmas orientācijas (Aktivitāte 2).
Veikta Ga2O3 modelēšana, apvienojot DFT ar vairākām atšķirīgām bāzes kopām. Turpināti aprēķini 2D Ga2O3 plātnēm ar dažādu biezumu, fokusējoties uz p-tipa vadāmību šajā materiālā. (Aktivitāte 3).
Aktivitātē 1 izgatavoto kārtiņu biezumi ir robežās no 0,2 līdz 2,0 mikrometriem. Rentgenstaru difrakcija kārtiņām uzrādīja vairāku kristālisko fāzu - CuGa2O4, CuGaO2, CuO sajaukumu. Kārtiņām, kurās ir CuGaO2 fāzes pārākums, tika iegūta p-tipa vadāmība. Nomērītā īpatnējā pretestība ir robežās no 350 līdz 1400 OmiXcm. p-tipa vadošās kārtiņas absorbē redzamo gaismu, bet ir daļēji causpīdīgas (aptuveni 60%) tuvajā infrasarkanajā spektra daļā. Aktivitātē 2 izgatavotām ZnGa2O4 kārtiņām tika padziļināti pētīta to kristāliskā struktūra un orientācija (Aktivitāte 4).
30.12.2022
Tika turpināti pētījumi par p-tipa Ga2O3 un ZnGa2O4 kārtiņu izgatavošanu ar reaktīvo magnetrono izputināšanu. Tika izmēģināti divi ķīmiskie savienojumi, variējot piemaisījuma koncentrāciju: (i) ar Zn leģēts Ga2O3 un (ii) ar Cu leģēts ZnGa2O4. Kārtiņas tika audzētas uz stikla vai Si pamatnēm pie paaugstinātas pamatņu temperatūras - 400 vai 700 °C. Ar izputināšanas jaudu tika variēta Zn koncetrācija Ga2O3. Ar Cu leģētās ZnGa2O4 kārtiņas tika izgatavotas, izvietojot simetriski nelielas Cu plāksnītes uz Zn mērķa erozijas zonas. Šobrīd nav izdevies iegūt nomērāmu p-tipa vadāmību. Darbs turpināsies pie šo un citu ķimisko savienojumu izgatavošanas, variējot pamantnes materiālu, temperatūru un citus izgatavošanas parametrus (Aktivitāte 1).
Publicēts raksts:
Zubkins M., Vibornijs V., Strods E., Butanovs E., Bikse L., Ottosson M., Hallén A., Gabrusenoks J., Purans J., Azens A., Deposition of Ga2O3 thin films by liquid metal target sputtering, Vacuum (2022) 111789.
Tika turpināta ZnGa2O4 plānu kārtiņu uzklāšanas procesa izstrāde ar MOCVD, lai iegūtu kārtiņas ar precīzu stehiometriju un spineļa fāzi. Uzsākts darbs, lai audzētu ZnGa2O4 kārtiņas uz dažādas orientācijas safīra pamatnēm. Impulsu lāzera izputināšana (PLD) tika testēta kā alternatīva metode ZnGa2O4 plānu kārtiņu iegūšanai, taču ar pieejamajiem metodes procesa parametriem tīru spineļa fāzi nav iespējams iegūt. Būtu nepieciešams izmantot ZnO/Ga2O3 izputināšanas mērķi ar atšķirīgu elementu sastāvu, kura piemeklēšana šī projekta ietvaros nav ekonomiski izdevīgs variants. (Aktivitāte 2).
Tika uzsākta Ga2O3 modelēšana, apvienojot DFT ar vairākām atšķirīgām bāzes kopām. Ir uzsākti aprēķini vairākām 2D Ga2O3 plātnēm ar dažādu biezumu. Tika turpināts darbs pie p-tipa vadāmības Ga2O3. (Aktivitāte 3).
Tika veikta ar dažādām metodēm izgatavoto ZnGaxO4 kārtiņu raksturošana ar optiskās spektroskopijas, rentgena difrakcijas, elipsometrijas, rentgena fotoelektronu spektroskopijas, optiskās mikroskopijas un Ramana spektroskopijas palīdzību. Tika veikta datu apkopošana, rezultāti tika izmantoti par atgriezenisko saiti izgatavošanas procesu pielāgošanai. p-tipa Ga2O3:Zn kārtiņām tika pētīta Zn koncentrācija ar XPS un to elektriskās īpašības ar van der Pauw metodi. (Aktivitāte 4).
30.09.2022
Tika pabeigta ZnGa2O4 plāno kārtiņu liela ātruma uzklāšanas tehnoloģijas izstrāde, vienlaicīgi izputinot šķidru gallija mērķi un cinka mērķi reaktīvā līdzstrāvas režīmā. Variējot uz plazmas optiskās emisijas kontroli balstīta procesa parametrus, tika atstrādāta tehnoloģija kārtiņu iegūšanai Zn:Ga attiecību diapazonā no 0,2 līdz 3. Variējot pamatnes temperatūru no istabas līdz 800°C temperatūrai, tika izstrādāta tehnoloģija amorfu un kristālisku pārklājumu iegūšanai. Tika pabeigta arī stehiometriska sastāva kārtiņu izgatavošanas procesa noskaņošana, izputinot ZnGa2O4 mērķi RF režīmā. Tika uzsākta leģētu Ga2O3 kārtiņu izgatavošanas tehnoloģijas izstrāde p-tipa vadāmības un gaismu emitējošiem pielietojumiem. (Aktivitāte 1).
Tika turpināta ZnGa2O4 plānu kārtiņu uzklāšanas procesa izstrāde ar MOCVD. Tika noskaidrots optimālais temperatūras diapazons kārtiņu audzēšanai, tiek turpināta Zn un Ga prekursoru plūsmu ātrumu un attiecību pielāgošana stehiometrisku kārtiņu iegūšanai. (Aktivitāte 2).
Tika uzsākti DFT aprēķini gallija oksīda tilpuma un virsmas vienību šūnās, izmantojot CRYSTAL datorkodu, lai analizētu p-tipa vadītspējas esamību nestehiometriskā un leģētā Ga2O3, kā arī saprastu, vai caurumu defekti ir lokalizēti, delokalizēti vai vispār pastāv. (Aktivitāte 3).Tika veikta ar dažādām metodēm izgatavoto ZnGaxO4 kārtiņu raksturošana ar optiskās spektroskopijas, rentgena difrakcijas, elipsometrijas, rentgena fotoelektronu spektroskopijas, optiskās mikroskopijas un Ramana spektroskopijas palīdzību.
Tika veikta dažādos apstākļos izgatavoto ZnGaxO4 kārtiņu raksturošana ar optiskās spektroskopijas, rentgena difrakcijas, elipsometrijas, rentgena fotoelektronu spektroskopijas, optiskās mikroskopijas un Ramana spektroskopijas palīdzību. Tika veikta datu apkopošana, rezultāti tika izmantoti par atgriezenisko saiti izgatavošanas procesu pielāgošanai. (Aktivitāte 4).
30.06.2022.
Tika turpināta ZnGa2O4 plāno kārtiņu liela ātruma uzklāšanas tehnoloģijas izstrāde, vienlaicīgi izputinot šķidru gallija mērķi un cinka mērķi reaktīvā līdzstrāvas režīmā. Tika variēti procesa parametri, lai atstrādātu tehnoloģiju augsti caurspīdīgu kārtiņu iegūšanu ar dažādu Zn:Ga attiecību un dažādu kristāliskuma pakāpi. Iegūtais kārtiņu izgatavošanas būtiski pārsniedz literatūras un arī šajā projektā iegūtos ātrumus, kārtiņas izgatavojot kārtiņas RF režīmā. Tika turpināta arī kārtiņu izgatavošanas procesa noskaņošana, izputinot ZnGa2O4 mērķi RF režīmā. Tika pabeigta publikācijas sagatavošana par Ga2O3 kārtiņu izgatavošanu un īpašībām. (Aktivitāte 1).
Tika uzsākts eksperimentālais darbs, lai noskaidrotu ZnGa2O4 augšanas parametrus esošajai MOCVD iekārtai. Veikti vairāki eksperimenti, lai noteiktu Zn un Ga prekursoru attiecību, kā arī veikti vairāki eksperimenti, lai noteiktu ZnGa2O4 plānās kārtiņas augšanas temperatūru. (Aktivitāte 2).
Tika veikta dažādos apstākļos izgatavoto ZnGaxO4 kārtiņu raksturošana ar optiskās spektroskopijas, rentgena difrakcijas, elipsometrijas, rentgena fotoelektronu spektroskopijas, optiskās mikroskopijas un Ramana spektroskopijas palīdzību. Tika veikta datu apkopošana, rezultāti tika izmantoti par atgriezenisko saiti izgatavošanas procesa pielāgošanai Aktivitātē 1. Komandējuma laikā tika veikti atomspēku mikroskopijas (AFM) mērījumi Ga2O3 plānām kārtiņām Tartu Universitātē pieejamā iekārtā. AFM mērījumi bija nepieciešami, lai izprastu iegūto plāno kārtiņu virsmas morfoloģiju un pielāgotu to uzklāšanas parametrus pēc iespējas gludākas virsmas iegūšanai. (Aktivitāte 4).
04.04.2022.
Tika turpināta Ga2O3 plāno kārtiņu izgatavošana, izputinot šķidru gallija mērķi reaktīvā līdzstrāvas režīmā un Ga2O3 mērķi RF režīmā. Tika atklāts, ka nepieciešamās kārtiņu stehiometrijas nodrošināšanai arī Ga2O3 mērķa izputināšana jāveic reaktīvā procesā. Tika uzsākta ZnGa2O4 plāno kārtiņu liela ātruma uzklāšanas tehnoloģijas izstrāde, vienlaicīgi izputinot šķidru gallija mērķi un cinka mērķi reaktīvā līdzstrāvas režīmā. Tika atrasts procesa parametru kopums augsti caurspīdīgu kārtiņu izgatavošanai. Tika uzsākta arī kārtiņu izgatavošana, izputinot ZnGa2O4 mērķi RF režīmā (Aktivitāte 1). Iesniegts patenta pieteikums par Reaktīvas magnetrona izsmidzināšanas metode gallija oksīda plānu kārtiņu izgatavošanai ar nr. LVP2021000105. (Aktivitāte 1)
Tika turpināta Ga2O3 plānu kārtiņu audzēšanas MOCVD iekārtā optimizācija. Tika turpināts izstrādāt procesu augsttemperatūras buferslāņa iegūšanai, lai iegūtu augstāku Ga2O3 plānu kārtiņu kristalizācijas pakāpi. Turpināta Ga2O3 un ZnGa2O4 plānu kārtiņu audzēšana ar MOCVD uz dažādas orientācijas safīra pamatnēm un turpināta Ga2O3 un ZnGa2O4 plāno kārtiņu uzklāšana uz c-plaknes safīra pamatnēm. Tika veikta Ga2O3 un ZnGa2O4 plānu kārtiņu audzēšana ar PLD uz dažādas orientācijas safīra pamatnēm un izaudzēto plāno kārtiņu padziļināta struktūras un morfoloģijas pētīšana. (Aktivitāte 2)
Tika veikti Ab-initio DFT aprēķini ZnO2 materiāliem. Tika pārbaudītas DFT funkcijas un Gausa tipa funkciju bāzes kopums atomu orbitāļu lineārās kombinācijas (LCAO) aproksimācijā un šie rezultāti salīdzināti ar eksperimentālajiem datiem un plaknes viļņu aprēķiniem. Pēc veiktajiem aprēķiniem un iegūtajiem rezultātiem tiek gatavots zinatniskais raksts "Zinc peroxide from the first principles". (Aktivitāte 3)
Tika veikta dažādos apstākļos izgatavoto Ga2O3 un ZnGa2O4 kārtiņu raksturošana ar optiskās spektroskopijas, rentgena difrakcijas un Ramana spektroskopijas palīdzību. Augstas izšķiršanas spējas rentgena difrakcijas analīze (veikta sadarbībā ar partneriem no Angstrēma laboratorijas, Uppsala, Zviedrija) uzrādīja, ka augstā temperatūrā izgatavotās Ga2O3 kārtiņas uz safīra pamatnes ir epitaksiālas. Ga2O3 kārtiņu sastāva analīze ar ERDA (sadarbībā ar KTH, Stokholma, Zviedrija) un XPS uzrādīja, ka kārtiņas ir tīras no piemaisījumiem. Kārtiņu morfoloģija tika analizēta ar elektronu mikroskopijas palīdzību (Aktivitāte 4).
Tika uzsākta publikācijas sagatavošana par Ga2O3 kārtiņu izgatavošanu un īpašībām.
Tika uzsākti padziļināti augstas izšķirtspējas rentgendifrakcijas mērījumi kristāliskām Ga2O3 plānām kārtiņām, lai noteiktu to monokristāliskuma pakāpi un epitaksiālo orientāciju pret safīra pamatnēm. (Aktivitāte 4)
11.12.2021.
Tika turpināta Ga2O3 plāno kārtiņu liela ātruma uzklāšanas tehnoloģijas izstrāde, un veikta paraugu izgatavošanas procesa parametru optimizācija izputinot šķidru gallija mērķi reaktīvā līdzstrāvas režīmā. Tika izgatavotas amorfu un kristālisku paraugu sērijas uz kvarca un safīra pamatnēm temperatūru intervālā no istabas līdz 800oC. Tika veikta Ga2O3 plāno kārtiņu izgatavošana, izputinot Ga2O3 mērķi RF režīmā (Aktivitāte 1). Tika sagatavots un iesniegts LV patenta pieteikums par Ga2O3 plāno kārtiņu uzklāšanas tehnoloģiju, izputinot šķidru gallija mērķi reaktīvā līdzstrāvas režīmā (Aktivitāte 1).
Tiek turpināts optimizēt Ga2O3 plānu kārtiņu audzēšanu MOCVD iekārtā, vienlaicīgi kombinējot H2O un O2 prekursoru gāzes. Lai iegūtu augstāku kristalizācijas pakāpi, tiek izstrādāts process augsttemperatūras buferslāņa iegūšanai. Tiek veikta izaudzēto plāno kārtiņu padziļināta struktūras un morfoloģijas pētīšana. (Aktivitāte 2).
Tika veikti β-Ga2O3 ab initio DFT aprēķini un materiālu atomu, elektronisko un svārstību īpašību, dažādu defektu konfigurāciju veidošanās enerģiju analīze. Nopublicēts raksts N2 starptautiski citējamā žurnāla: Vacancy Defects in Ga2O3: First-Principles Calculations of Electronic Structure. Materials 2021, 14, 7384. https://doi.org/10.3390/ma14237384 (aktivitāte 3). Tika sintezēts un pētīts nanokristālisks cinka peroksīds (nano-ZnO2) un tā kristāliskā struktūra tika raksturota izmantojot rentgena difrakciju. No temperatūras atkarīgā vietējā vide ap cinka atomiem tika rekonstruēta, izmantojot reverso Montekarlo (RMC) analīzi. Nano-ZnO2 režģa dinamika tika pētīta ar infrasarkano un Ramana spektroskopiju. Iegūtos eksperimentālos rezultātus apstiprināja pirmā principa blīvuma funkcionāļa teorijas (DFT) aprēķini.
Tika pētīti un apkopoti dažādos apstākļos izgatavoto Ga2O3 pārklājumu optiskās caurlaidības, atstarošanās un absorbcijas spektri, rentgena difrakcijas un Ramana spektroskopijas dati (Aktivitāte 4).
11.10.2021.
Projekta ietvaros uzsākta Ga2O3 plāno kārtiņu liela ātruma uzklāšanas tehnoloģijas izstrāde, un veikta paraugu sērijas izgatavošana un raksturošana. Tika pētīti un apkopoti Ga2O3 pārklājuma optiskās caurlaidības, atstarošanās un absorbcijas spektri, rentgena difrakcijas dati un īpašības dažādās temperatūrās. (Aktivitāte 1).
Veikta cenu aptauja un izdarīts izputināšanas mērķu iepirkums (Aktivitāte 1).
Tika pabeigta Aixtron (AIX-200RF) MOCVD sistēmas sagatavošana Ga2O3 un ZnGa2O4 kārtiņu uzklāšanai, un uzsākta tehniskās atskaites sagatavošana. Ir sākts darbs pie Ga2O3 plānu kārtiņu audzēšanas uz c-plaknes safīra, izmantojot H2O kā skābekļa avotu. Tiek turpināta jauna reaktora dizaina veidošana un rasēšana sadarbībā ar SIA BC Corporation Limited - tiek veikta kameras dzesējama korpusa, sildāmās pamatnes un rotācijas mehānisma rasēšana. MOCVD iekārtai ir uzstādīts O2 gāzes prekursors, kas paralēli ar H2O tiek izmantots Ga2O3 plāno kārtiņu sintēzes eksperimentiem. Tiek veikta izaudzēto plāno kārtiņu padziļināta struktūras un sastāva pētīšana. (Aktivitāte 2).
Hidrotermālā procesā tika sintezēts un visaptveroši pētīts nanokristālisks cinka peroksīds (nano-ZnO2), izmantojot vairākas eksperimentālas metodes. Tās kristāliskā struktūra tika raksturota izmantojot rentgena difrakciju. No temperatūras atkarīgā vietējā vide ap cinka atomiem tika rekonstruēta, izmantojot reverso Montekarlo (RMC) analīzi. Nano-ZnO2 režģa dinamika tika pētīta ar infrasarkano un Ramana spektroskopiju. Iegūtos eksperimentālos rezultātus apstiprināja pirmā principa blīvuma funkcionāļa teorijas (DFT) aprēķini. Rezultātā zinātnisks raksts "A comprehensive study of structure and properties of nanocrystalline zinc peroxide" tika sagatavots un nopublicēts žurnālā Journal of Physics and Chemistry of Solids. (Aktivitāte 3).
Tika pabeigta struktūras un morfoloģijas metožu (XRD, XPS, SEM, TEM) sagatavošana un testēšana Ga2O3 un ZnGa2O4 plānu kārtiņu raksturošanai, un uzsākta tehniskās atskaites sagatavošana. Tika uzsākta ar magnetrona izputināšanu un MOCVD iegūtu Ga2O3 plānu kārtiņu raksturošana uzklāšanas procesu izpratnei un optimizācijai. (Aktivitāte 4).
Iegūtie rezultāti tika prezentēti European Materials Research Society (E-MRS) 2021 Fall Meeting konferencē ar stenda referātu "Growth of gallium oxide based core-shell nanowire heterostructures". (Aktivitāte 4).
Raksts:
A comprehensive study of structure and properties of nanocrystalline zinc peroxide
Bocharov D., Chesnokov A., Chikvaidze G., Gabrusenoks J., Ignatans R., Kalendarev R., Krack M., Kundzins K., Kuzmin A., Mironova-Ulmane N., Pudza I., Puust L., Sildos I., Vasil'chenko E., Zubkins M., Purans J.
Journal of Physics and Chemistry of Solids, Volume 160, January 2022, 110318
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2021.110318
23.07.2021.
Tika turpināta izputināšanas sistēmas sagatavošana izmantošanai reaktīva divu magnetronu DC, RF un HiPIMS vienlaicīgas izputināšanas konfigurācijā. Tika pabeigta metāliska Ga mērķu magnetrona konteinera dizaina izstrāde un uzstādīšana. Ir sākta izveidotā mērķa darbības testēšana. Ir iegūtas ar Ga2O3 un ZnGa2O4 plānu kārtiņu audzēšanu saistītas praktiskas zināšanas par to struktūras, elektriskajām un optiskajām fizikālajām īpašībām. Pētījumu rezultātā sagatavots un iesniegts zinatniskais raksts “A comprehensive study of structure and properties of nanocrystalline zinc peroxide” (aktivitāte 1).
Veikta Plazmas optiskās emisijas spektroskopijas kanāla uzstāde un noskaņošana, identificētas Gallija spektrālās līnijas pārklājumu izgatavošanas procesa vadībai (aktivitāte 1).
Tika veikta Aixtron (AIX-200RF) MOCVD sistēmas sagatavošana Ga2O3 un ZnGa2O4 kārtiņu uzklāšanai: jauna silīcija karbīda sildelementa izgatavošana un testēšana oksidējošā atmosfērā; Ga2O3 un ZnGa2O4 plānu kārtiņu audzēšana ar MOCVD uz dažādas orientācijas safīra pamatnēm; jauna reaktora dizaina veidošana un rasēšana sadarbībā ar SIA BC Corporation Limited (aktivitāte 2).
Tika veikti leģētu Ga2O3 ab-initio aprēķini un materiālu atomu, elektronisko un svārstību īpašību, dažādu defektu konfigurāciju veidošanās enerģiju analīze. Nopublicēts raksts starptautiski citējamā žurnāla: LATVIAN JOURNAL OF PHYSICS AND TECHNICAL SCIENCES, Vol. 58, N 2 (2021), 3-11, “Ab-initio calculations of oxygen vacancy in Ga2O3 crystals” (aktivitāte 3).
Tika izsludināts atklāts iepirkums pamatņu, ķimikāliju un citu projekta īstenošanai nepieciešamo laboratorijas piederumu iegādei. Tika turpināta struktūras un morfoloģijas metožu (XRD, XPS, SEM, TEM) sagatavošana un testēšana Ga2O3 un ZnGa2O4 plānu kārtiņu raksturošanai (aktivitāte 4).
02.04.2021.
Projekta Nr.1.1.1.1/20/A/057 ietvaros tika uzsākta izputināšanas sistēmas sagatavošana izmantošanai reaktīva divu magnetronu DC, RF un HiPIMS vienlaicīgas izputināšanas konfigurācijā: vakuuma sistēmas, gāzu padeves sistēmas, parauga karsēšanas sistēmas, mērķa dzesēšanas un karsēšanas sistēmas sagatavošana un pārbaude, nepieciešamo barošanas avotu (DC, RF, HiPIMS) savienojumu izveide divu magnetronu konfigurācijai. Tika veikta metāliska Ga mērķu magnetrona konteineru dizaina izstrāde (aktivitāte 1).
Veikta cenu aptauja un izdarīts izputināšanas mērķu pasūtījums (aktivitāte 1).
Tika veikta Aixtron (AIX-200RF) MOCVD sistēmas sagatavošana Ga2O3 un ZnGa2O4 kārtiņu uzklāšanai: reaktora stabilitātes testēšana augstās temperatūrās, izmantojot oksidatīvu prekursoru; jauna reaktora dizaina veidošana un rasēšana sadarbībā ar SIA BC Corporation Limited; nepilnīgi funkcionējošu detaļu nomaiņa (aktivitāte 2).
Tika veikts pētījums un tika aprēķināta skābekļa vakuumu veidošanās enerģija un pārejas līmeņi β-Ga2O3 kristālā, izmantojot B3LYP hibrīda apmaiņas korelācijas funkcionalitāti LCAO-DFT pieejas ietvaros. Rezultātā tika sagatavota informācija rakstam “Ab-initio calculations of oxygen vacancy in Ga2O3 crystals” (aktivitāte 3).
Tika veikta struktūras un morfoloģijas metožu (XRD, XPS, SEM, TEM) sagatavošana un testēšana Ga2O3 un ZnGa2O4 plānu kārtiņu raksturošanai (aktivitāte 4).
Projekta Levitācija zinātnisko rezultātu pārskats
Atskaites periods Nr. 1.
(01.04.2021. - 30.06.2021.)
Projekts: Nr. 1.1.1.1/20/A/070 “Nākamās paaudzes tehnoloģijas izstrāde augstas tīrības kristālu audzēšanā, izmantojot MHD pseido levitāciju”.
Projekta realizētāji: Latvijas Universitāte (vadošais partneris), SIA “AGL Technologies” un SIA “Cryogenic and Vacuum Systems”.
Projekta vispārējais mērķis: Vispārējais mērķis ir pirmo reizi pasaulē pārbaudīt eksperimentāli nākamās paaudzes iekārtas koncepciju ultra augstas tīrības pakāpes germānija kristālu audzēšanai ar MHD levitācijas metodi pseidolevitācijas apstākļos (nākotnes vajadzības prasa tīrību viens svešais atoms uz 1013 germānija atomiem Ge kristālā) ar virsmērķi nākotnē tādus ražot un lietot Latvijā, kā arī eksportēt, licencējot intelektuālo īpašumu.
Projekts attīstīs sekojošas inovatīvas tehnoloģijas, sasniedzot koncepta pirmās pārbaudes līmeni:
Pirmā ceturkšņa laikā ir izveidota projekta komanda, speciālisti un studenti pieņemti darbā, noslēdzot darba līgumus un nosakot uzdevumus un amatu aprakstus. Izveidota Projekta padome 4 cilvēku sastāvā. Noorganizēta Projekta uzsākšanas (Kick-off), pirmās Projekta vadības grupas un Projekta padomes sēdes, kas izskatīja un precizēja projekta mērķus, uzdevumus un aktivitātes.
Izstrādāts detalizēts darba plāns, tas ietver arī sadarbības veidošanu ar projekta partneriem un darbu sadali. Partneriem nosūtīti projekta saistošie dokumenti un metodikas. Sagatavots iepirkuma plāns.
Izstrādāts projekta informatīvais plakāts (A3 formātā), kas novietots Šķūņu ielā 4, SIA AGL Technologies un SIA Cryogenics and Vacuum Systems telpās sabiedrībai redzamās vietās. Informācija izvietota LU, RFC un partneru mājas lapās. Par projektu tika sagatavota un izmantota informācija LU organizētās Latvijas Zinātnieku Nakts 2021.gada 30.04. pasākumā.
Notiek gan regulāras, gan epizodiskas šaurākas darba sanāksmes un tikšanās laboratorijas ietvarā un kontaktos ar partneriem, projekta komandu kurās apspriesti: aktuāli projekta realizēšanas inženiertehniskie jautājumi; metodikas; darbs pie disertācijām.
Pēdējās izmaiņas veiktas 18.08.2021.
Projekta Levitācija zinātnisko rezultātu pārskats
Atskaites periods Nr. 2.
(01.07.2021. - 30.09.2021.)
Projekts: Nr. 1.1.1.1/20/A/070 “Nākamās paaudzes tehnoloģijas izstrāde augstas tīrības kristālu audzēšanā, izmantojot MHD pseido levitāciju”.
Projekta realizētāji: Latvijas Universitāte (vadošais partneris), SIA “AGL Technologies” un SIA “Cryogenic and Vacuum Systems”.
Projekta vispārējais mērķis: Vispārējais mērķis ir pirmo reizi pasaulē pārbaudīt eksperimentāli nākamās paaudzes iekārtas koncepciju ultra augstas tīrības pakāpes germānija kristālu audzēšanai ar MHD levitācijas metodi pseidolevitācijas apstākļos (nākotnes vajadzības prasa tīrību viens svešais atoms uz 1013 germānija atomiem Ge kristālā) ar virsmērķi nākotnē tādus ražot un lietot Latvijā, kā arī eksportēt, licencējot intelektuālo īpašumu.
Otrā ceturkšņa laikā ir precizēts detalizētais darba plāns, tas ietver arī sadarbības veidošanu ar projekta partneriem un darbu sadali. Precizēts iepirkuma plāns. Noorganizēta Projekta padomes sēde (28.09.2021.), Projekta vadības grupas sēde (14.09.2021. kopā ar zin.kolokviju Nr.6), zinātniskie kolokviji (Nr.2 – 14.07., Nr.3 – 24.08., Nr.4. – 31,08, Nr.5. – 07.09., Nr.6 – 14.09.), kopā 5 kolokviji.
Otrajā ceturksnī notika gan regulāras, gan epizodiskas šaurākas darba sanāksmes un tikšanās laboratorijas ietvarā un kontaktos ar partneriem, projekta komandu kurās apspriesti: aktuāli projekta realizēšanas inženiertehniskie jautājumi; metodiku uzlabošana; darbs pie disertācijām.
izvietots 13.10.2021, labots 03.11.2021
