STUDY OF ALUMINUM OXYNITRIDE THIN FILMS GROWN BY REACTIVE MAGNETRON SPUTTERING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF organized.pdf Restricted to Repository staff only until 28 September 2026. Download (7MB)

Arabic Abstract

الاسم الكامل: أمنية السر أحمد عنوان الأطروحة: دراسة الأغشية الرقيقة من اوكسينيتريد عن طريق الأخرق المغنطروني التفاعلي التخصص: الفيزياء تاريخ التخرج: مايو 2025 (AlOxNy). وأوكسينيتريد الألومنيوم (AlN) تتضمن هذه الأطروحة زراعة وتوصيف الأغشية الرقيقة من نيتريد الألومنيوم والركائز Si ( عالية الجودة باستخدام الاخرق المغنطروني التفاعلي على ركائز ( 100 AlOxNy وAlN تم تصنيع أغشية الزجاجية .أثناء النمو ، تم الحصول على تدفق الألومنيوم من هدف الاخرق عالي النقاء ، وتم الحصول على النيتروجين والأكسجين من مصدر غاز نقي بنسبة 99.999 ٪ .نمت الأغشية في ظل ظروف نمو مختلفة ، وتميز تأثيرها المحتمل على الهيكل والخصائص البصرية والكيميائية بمجموعة متنوعة من أدوات وتقنيات التوصيف المتقدمة مثل مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء ، ومقياس حيود الأشعة السينية ، والمجهر الإلكتروني الماسح ، والتحليل الطيفي للأشعة السينية مشتت نمت الأفلام بمعدلات Vesta. الطاقة ، والتحليل الطيفي للإلكترون الضوئي بالأشعة السينية ، ومجهري القوة الذرية وبرامج مثل المركبات XRD يؤكد التحليل الهيكلي بواسطة Al. تدفق متفاوتة للأرجون والنيتروجين والأكسجين مع الحفاظ على ثبات تدفق موضع الزوايا ، والإجهاد الذي لوحظ في خصائص ،FWHM ، كان التغيير الملحوظ في الحجم البلوري AlN. البلورية ، مثل الفيلم بسبب تلدين العينات في ظل ظروف ودرجات حرارة مختلفة .كما تغيرت مورفولوجيا السطح ومتوسط خشونة التربيع بسبب التغيير في معلمات النمو ، بينما لوحظ أن هناك تغييرا في التشكل بعد التلدين ، كما تغيرت (Rrms) الجذرية للسطح مع بيئة التلدين.تغير معامل هول من القيم السالبة إلى الموجبة للأغشية عن طريق ضبط معدل تدفق النيتروجين. انتقلت Rrms 001 ( من الإلكترونات إلى الثقوب بسبب معدلات تدفق النيتروجين المختلفة ، كما يتضح من ( Si معظم ناقلات الشحنة على للأغشية التي تم تطويرها بمعدل تدفق نيتروجين منخفض وطبيعة أشباه الموصلات من النوع n طبيعة أشباه الموصلة من النوع لتحديد O 1s وN 1s وAl 2p لحالات XPS للأغشية المزروعة بمعدل تدفق نيتروجين مرتفع. تم فحص أطياف مركب p معلومات الحالة الكيميائية أو الأكسدة للطبقة السطحية لهيكل الفيلم وفقا لطاقة الربط الخاصة بها .تأثر الوزن الذري بشكل أكبر مما يدل على تغيرات ، Al-N-O وAl-N بالتلدين بعد الترسيب في ظل ظروف مختلفة ، كما تظهر بعض الروابط مثل روابط من 2.16 فولت إلى 3.84 فولت بسبب معدلات تدفق النيتروجين AlOxNy في التركيب الكيميائي .تغيرت فجوة النطاق الترددي ل والأكسجين المتفاوتة.

English Abstract

Full name: Omnia Alsir Ahmed Thesis title: Study of Aluminum Oxynitride Thin Films Grown by Reactive Magnetron Sputtering. Specialization: Physics Degree date: May 2025 This thesis involves growing and characterizing thin films of aluminum nitride (AlN) and aluminum oxynitride (AlOxNy) . High-quality AlN and AlOxNy films were synthesized utilizing reactive magnetron sputtering on Si (100) and glass substrates. During the growth, aluminum flux was obtained from a high-purity sputtering target, and nitrogen and oxygen were obtained from a 99.999% pure gas source. The films were grown under different growth conditions. Their potential influence on the structure, optical, and chemical properties was characterized by a variety of advanced characterization instruments and techniques, such as a UV-VIS-IR spectrophotometer, X-ray diffractometer, scanning electron microscope, energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, and software like Vesta. The films were grown with varying argon, nitrogen, and oxygen flow rates while keeping the Al flux constant. The structural analysis by XRD confirms crystalline compounds, such as AlN. A noticeable change in the crystalline size, FWHM, the position of the angles, and the strain observed in the film characteristics was due to the annealing of the samples under different conditions and temperatures. The surface morphology and the surface root mean square roughness (Rrms) also changed because of the change in the growth parameters, while it was noticed that there is a change in the morphology after annealing, and the Rrms also changed with the annealing environment. The Hall coefficient changed from negative to positive values for the films by adjusting the nitrogen flow rate. Most charge carriers on Si(001) moved from electrons to holes because of different nitrogen flow rates, as evidenced by the n-type semiconducting nature of the films developed with a low nitrogen flow rate and the p-type semiconductor nature grown with a high nitrogen flow rate. xiii The XPS compound spectra of the Al2p, N1s, and O1s states were investigated to establish the chemical or oxidation state information of the surface layer of the film structure according to their binding energy. The atomic weight was further affected by post-deposition annealing under different conditions. Some bonds appear like Al-N and Al-N-O bonds, showing changes in the chemical composition. The bandgap of AlOxNy has changed from 2.16 eV to 3.84 eV due to varying nitrogen and oxygen flow rates.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Khan, Alam
Committee Co-Advisor:	Amir, Al-Ahmed
Committee Members:	Khalil, A. Ziq and Adel, Abbout and Abdulaziz, Al-Aswad
Depositing User:	OMNIA ALSIR (g202206380)
Date Deposited:	29 Sep 2025 04:47
Last Modified:	05 Oct 2025 05:47
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143710