Characterization of lanthanum lutetium oxide thin films grown by pulsed laser deposition

• Autorzy: Kopia, A. , Leroux, C. , Kowalski, K. , Arab, M. , Guinneton, F. , Gavarri, J. R.

Warianty tytułu

PL

Badania cienkich warstw LaLuO3 wytwarzanych metodą ablacji laserowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

LaLuO3 thin films for γ X-ray detection application were elaborated by pulsed laser deposition technique. Target for PLD process was produced from the powder of LaLuO3 which was prepared by sol-gel method. After deposition on a Si [100] substrate, the thin films were annealed in air atmosphere at 1100°C for 2 hours. The thin films before and after annealing were characterized by means of XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis, scanning and transmission electron microscopy both coupled with EDS microanalysis. From TEM analysis it was clearly established that as deposited films are amorphous. EDS analysis show that thin films are very homogeneous with contribution of La (47 at. %) and Lu (53 at. %). Annealing after deposition films influence on the structure, phase composition and the morphology thin films. XPS and TEM analysis show that between the Si substrate and LaLuO3 thin films occurred, leading to the formation of silicates Lu2Si2O7 i La2Si2O7. After annealing, the films consist of crystallized grains, with size varying from 50 to 150 nm. Because substrate reacted with thin films, the next step will be produced diffusion layer between Si substrate and LaLuO3 thin film.

PL

Cienkie warstwy LaLuO3 do zastosowań jako czujniki promieniowania γ wytworzono metodą ablacji laserowej (PLD) na podłożu Si [100]. Proszek La- LuO3, z którego wytworzono tarczę, otrzymano metodą zol-żel. Po procesie ablacji laserowej warstwy dodatkowo wygrzewano w temperaturze 1100°C przez 2 h w atmosferze powietrza. Warstwy niewygrzewane i wygrzewane poddano badaniom strukturalnym za pomocą skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej wraz z analizą EDS oraz spektroskopii elektronów wzbudzanych promieniami rentgenowskimi (XPS). Badania za pomocą TEM wykazały amorficzny charakter warstw niewygrzewanych. Analiza EDS wykazała zgodność składu chemicznego z tarczą La (47% at.) i Lu (53% at.). Przeprowadzone badania warstw wygrzewanych wykazały zmiany struktury i składu fazowego. Badania za pomocą TEM wykazały krystaliczny charakter warstw wygrzewanych. Wielkość krystalitów mieści się w zakresie 50÷150 nm. Przeprowadzone badania za pomocą XPS i TEM wykazały, iż cienkie warstwy reagują z podłożem, tworząc silikaty Lu2Si2O7 i La2Si2O7. Tworzenie się silikatów powoduje degradację warstwy. Rozwiązaniem problemu może być zastosowanie warstw dyfuzyjnych pomiędzy podłożem a nanoszoną warstwą.

Słowa kluczowe

PL

cienkie warstwy; ablacja laserowa; detektory

EN

thin films; laser ablation; detector

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 720--723
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kopia, A.

• AGH-University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Kraków,

autor

Leroux, C.

• University of the South Toulon-Var, IM2NP, France

autor

Kowalski, K.

• AGH-University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Kraków

autor

Arab, M.

• University of the South Toulon-Var, IM2NP, France

autor

Guinneton, F.

• University of the South Toulon-Var, IM2NP, France

autor

Gavarri, J. R.

• University of the South Toulon-Var, IM2NP, France

Bibliografia

• [1] Arshak K., Korostynska O.: Response of metal oxide thin film structures to radiation. Materials Science and Engineering B 133 (2006) 1÷7.
• [2] Dewan N., Sreenivas K., Gupta V.: Comparative studies on γ-radiation sensor based on disordered TeO3 and TeO2 thin films. Sensors and Actuators A 147 (2008) 115÷120.
• [3] Arshak K., Korostynska O.: Preliminary studies of properties of oxide thin/thick films for gamma radiation dosimetry. Materials Science and Engineering B 107 (2004) 224÷232.
• [4] Montes P. J. R., Valerio M. E. G., Macedo M. A., Cunha F., Sasaki J. M.: Yttria thin films doped with rare earth for applications in radiation detectors and thermoluminescent dosimeters. Microelectronics Journal 34 (2003) 557÷559.
• [5] Mucka V., Podlaha J., Silber R.: NiO-ThO2 mixed catalyst in hydrogen perovxide decomposition and influence of ionixing radiation. Radiat. Phys. Chem. 59 (2000) 467÷475.
• [6] Selcuk A. B., Ocak S. B., Yuksel O. F.: Effects of gamma irradiation on dielectric characteristics of SnO2 thin films. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 594 (2008) 395÷399.
• [7] Ovanesyan K. L., Petrosyan A. G., Shirinyan G. O., Pedrini C., Zhang L.: Single crystal growth and characterization of LaLuO3. Optical Materials 10 (1998)291÷295.
• [8] Zhang M., Xia Y., Wang L., Gu B.: Effects of microstructure of films on CVD diamond X-ray detectors. Sensors and Actuators A: Physical 120 (2005) 349÷353.
• [9] Arshak K., Corcoran J., Korostynska O.: Gamma radiation sensing properties of TiO2, ZnO, CuO and CdO thick film pn-junctions. Sensors and Actuators A: Physical 123-124 (2005) 194÷198.
• [10] Arshak K., Korostynska O., Morris D.: Mixed and carbon filled oxide materials as gamma radiation sensors. Materials Science and Engineering B 118 (2005) 275÷280.
• [11] Schubert J., Trithaveesak O., Zander W., Roeckerath M., Heeg T., Chen H. Y., Jia C. L., Meuffels P., Jia Y., Schlom D. G.: Characterization of epitaxial lanthanum lutetium oxide thin films prepared by pulsed-laser deposition as an alternative gate dielectric. Applied Physics A 90 (2008) 577÷579.
• [12] Kopia A., Kowalski K., Chmielowska M., Leroux Ch.: Electron microscopy and spectroscopy investigations of {CuO_{x}-CeO_{2-δ}/Si} thin films. Surface Science 602 (2008) 1313÷1321.
• [13] Kępiński L., Mączka M., Drozd M.: Formation and characterization of Lu silicate nanoparticles in amorphous SiO2. Journal of Alloys and Compounds 443 (2007) 132÷142.
• [14] Kępiński L., Miśta W., Okal J., Drozd M., Mączka M.: Interfacial reactions and silicate formation in high surface SiO2 impregnated with La nitrate. Solid State Sciences 7 (2005) 1300÷1311.
• [15] Lopes J. M. J., Roeckerath M., Heeg T., Rije E., Schubert J., Mantl S., Afanas’ev V. V., Shamuilia S., Stesmans A., Jia Y., Schlom D. G.: Amorphous lanthanum lutetium oxide thin films as an alternative high-κ gate dielectric. Applied Physics Letters 89 (2006) 222902÷222905.
• [16] Fouquet-Parry V., Paumier F., Guittet M. J., Gautier-Soyer M., Satet R., Hoffmann M. J., Becher P. F., Painter G. S.: Composition and local bonding in Re-Si-M-O-N (M = Mg, Al, Re = La, Lu) glasses. Applied SurfaceScience 254 (2008) 4665÷4670.
• [17] Triyoso D. H., Gilder D. C., Jaing J., Droopad R.: Characteristics of thin lanthanum lutetium oxide high-k dielectrics. Microelectronic Engineering 85 (2008) 1732÷1735.