Coherent X-ray Studies of Surface Growth and Patterning Processes

表面生长和图案化过程的相干 X 射线研究

基本信息

  • 批准号:
    1709380
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.11万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2020-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nontechnical description: Controlling the growth and nanometer-scale patterning of materials surfaces is critical to many applications in energy, communication and information technologies. However, a major impediment to developing more useful materials is the difficulty of measuring the evolution of surface structure during such processes. This research meets that challenge by using very intense x-rays to measure the nanometer-scale dynamics on surfaces during growth and patterning. These experiments are made possible by the use of the latest x-ray sources, which have been rapidly developing increasing brightness. The experimental measurements are compared with predictions of theory and computer simulations, leading to increased understanding and predictive power. Such knowledge can help scientists and engineers better control surface processes on materials, enhancing their technological capabilities. In addition, the project trains graduate, undergraduate and high school students in this very important and rapidly developing part of materials research, leading to future careers in materials innovation.Technical description: This research is developing x-ray photon correlation spectroscopy as a powerful new approach to investigating the nanoscale dynamics of surfaces during growth and ion beam patterning. Given the technique?s early stage of application to such challenging problems, it is important to examine the range of its capabilities. This project is therefore investigating a carefully chosen set of systems and behaviors. First, it is being used to carefully probe the fundamental processes in kinetic roughening during amorphous film growth, an issue of long-standing interest and controversy. Second, the applicability of the technique to investigating epitaxial growth processes is being examined within the context of vapor deposition of organic semiconductor films and plasma-assisted atomic layer epitaxial growth of III-V nitride epitaxial films. Finally, the dynamics of semiconductor ion beam nanopatterning, an issue generating unusually close interaction between experiment and theory, is being studied. In all cases, simulations of continuum and atomistic models are being performed to relate observations to underlying mechanisms. Graduate, undergraduate and high school students involved have an outstanding opportunity to work in an area that bridges basic research and application. Participating students learn a wide range of characterization and computational tools that can translate well to future careers in industry or academia.
非技术描述:控制材料表面的生长和纳米级图案对于能源、通信和信息技术领域的许多应用至关重要。 然而,开发更有用的材料的一个主要障碍是难以测量此类过程中表面结构的演变。 这项研究通过使用非常强的 X 射线来测量生长和图案化过程中表面的纳米级动力学来应对这一挑战。 这些实验是通过使用最新的 X 射线源来实现的,这些源的亮度正在迅速提高。 将实验测量结果与理论和计算机模拟的预测进行比较,从而增强理解和预测能力。 这些知识可以帮助科学家和工程师更好地控制材料的表面过程,从而提高他们的技术能力。 此外,该项目还对研究生、本科生和高中生进行材料研究这一非常重要且快速发展的部分的培训,从而引领材料创新领域的未来职业。技术说明:这项研究正在开发 X 射线光子相关光谱作为一种强大的新方法研究生长和离子束图案化过程中表面纳米级动力学的方法。 鉴于该技术还处于应用于此类挑战性问题的早期阶段,因此检查其功能范围非常重要。 因此,该项目正在研究一组精心选择的系统和行为。 首先,它被用来仔细探索非晶薄膜生长过程中动态粗糙化的基本过程,这是一个长期以来引起关注和争议的问题。 其次,正在有机半导体薄膜的气相沉积和III-V族氮化物外延薄膜的等离子体辅助原子层外延生长的背景下检验该技术在研究外延生长过程中的适用性。最后,正在研究半导体离子束纳米图案的动力学,这是一个在实验和理论之间产生异常密切相互作用的问题。 在所有情况下,都会执行连续体和原子模型的模拟,以将观察结果与潜在机制联系起来。 参与其中的研究生、本科生和高中生有绝佳的机会在基础研究和应用之间的领域工作。 参与的学生学习各种表征和计算工具,这些工具可以很好地转化为未来在工业界或学术界的职业生涯。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Influence of temperature on atomic layer epitaxial growth of indium nitride assessed with in situ grazing incidence small-angle x-ray scattering
原位掠入射小角X射线散射评估温度对氮化铟原子层外延生长的影响
  • DOI:
    10.1116/1.5081919
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Woodward, Jeffrey M.;Rosenberg, Samantha G.;Kozen, Alexander C.;Nepal, Neeraj;Johnson, Scooter D.;Wagenbach, Christa;Rowley, Andrew H.;Robinson, Zachary R.;Joress, Howie;Ludwig, Karl F.;et al
  • 通讯作者:
    et al
Low temperature surface preparation of GaN substrates for atomic layer epitaxial growth: Assessment of ex situ preparations
用于原子层外延生长的 GaN 衬底的低温表面制备:异位制备的评估
  • DOI:
    10.1116/1.5080090
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Rosenberg, Samantha G.;Pennachio, Daniel J.;Wagenbach, Christa;Johnson, Scooter D.;Nepal, Neeraj;Kozen, Alexander C.;Woodward, Jeffrey M.;Robinson, Zachary;Joress, Howie;Ludwig, Karl F.;et al
  • 通讯作者:
    et al
Coherent X-ray measurement of step-flow propagation during growth on polycrystalline thin film surfaces
多晶薄膜表面生长过程中阶跃流传播的相干 X 射线测量
  • DOI:
    10.1038/s41467-019-10629-8
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Headrick, Randall L.;Ulbrandt, Jeffrey G.;Myint, Peco;Wan, Jing;Li, Yang;Fluerasu, Andrei;Zhang, Yugang;Wiegart, Lutz;Ludwig, Jr., Karl F.
  • 通讯作者:
    Ludwig, Jr., Karl F.
Nanoscale kinetics and dynamics during Ar+ patterning of SiO2
SiO2 Ar 图案化过程中的纳米级动力学和动力学
  • DOI:
    10.1103/physrevb.99.165429
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Mokhtarzadeh, Mahsa;Ulbrandt, Jeffrey G.;Myint, Peco;Narayanan, Suresh;Headrick, Randall L.;Ludwig, Karl F.
  • 通讯作者:
    Ludwig, Karl F.
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  • 通讯作者:
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