Lehdistötiedotteet

Väitös: FL Mika Valkonen: Epäorgaaninen kemia

Lähettäjä: "Pia-Tuulia Paano" <paano@hapa.helsinki.fi> 08.03.2002 15:02



FL MIKA VALKONEN VÄITTELEE 27.11.1998

Matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa esitetään perjantaina
27.11.1998 kello 12 yliopiston päärakennuksen auditoriumissa XV,
Aleksanterinkatu 5, tarkastettavaksi FL Mika Valkosen väitöskirja
"Preparation and characterza-tion of CdS, ZnS thin films and CdS/ZnS
multilayer thin films grown by the SILAR technique".

Tutkimus kuuluu epäorgaanisen kemian alaan.

Vastaväittäjänä on professori Jarl B. Rosenholm Åbo Akademista ja
kustoksena professori Markku Leskelä.

LYHENNELMÄ VÄITÖSKIRJATYÖSTÄ:

CdS ja ZnS ohutkalvojen sekä CdS/ZnS monikerrosohutkalvojen
valmistaminen SILAR menetelmällä ja karak-terisointi

Tässä tutkimuksessa on valmistettu CdS, ZnS, CdxZn1-xS ohutkalvoja ja
CdS/ZnS monikerrosohutkalvoja, koska opto-elektroniikassa on ollut
näkyvän valon sinisellä alueella luminoivien materiaalien
valmistaminen haasteellinen tutki-musalue. Erään ratkaisun voisivat
tarjota esimerkiksi kadmiumin ja sinkin sulfidien kerrokselliset
ohutkalvot. Ne voi-daan valmistaa luminoiviksi ohutkalvoiksi useilla
eri kaasumaisia lähtöaineita käyttävillä reaktoreilla. Näitä
menetel-miä, niillä valmistettuja CdS/ZnS ohutkalvoja ja
karakterisointimenetelmiä on vertailtu lyhyesti kirjallisuuden
tarkaste-lussa. Sinistä valoa luminoivien monikerrosohutkalvojen
elinikä huoneenlämmössä on jäänyt toistaiseksi korkeintaan tunteihin.
Toinen vähintään yhtä merkittävä CdS ja ZnS ohutkalvojen
sovellutusalue ovat aurinkokennot, joiden val-mistuksessa on
sovellettu liuoksia lähtöaineinaan käyttäviä kasvatusmenetelmiä.

Tutkielman kokeellisessa osassa on selvitetty materiaalikemian
näkökulmasta mahdollisuuksia kadmiumin ja sinkin sulfidien
monikerrosrakenteiden valmistamiseen vesiliukoisista lähtöaineista
SILAR (Successive Ionic Layer Adsorpti-on and Reaction) -menetelmällä.
Empiirisiä parametreja säätelemällä havaittiin periaatteessa
mahdolliseksi valmistaa luminoiviin komponentteihin tai
aurinkokennoihin soveltuvia ohutkalvorakenteita.
Monikerrosohutkalvojen ohella valmistettiin yksikerroksisia CdS ja ZnS
ohutkalvoja erilaisille pohjamateriaaleille. Näihin perustutkimuksiin
liittyivät myös CdxZn1-xS kiinteiden liuosten ohutkalvojen valmistus
sekä lasi- että ITO- ja polymeerisubstraateille.

Ohutkalvoja karakterisoitiin röntgendiffraktiolla,
energiadispersiivisellä röntgenanalyysillä,
pyyhkäisyelektronimikro-skopialla, Rutherfordin takaisinsironnalla,
atomivoimamikroskopialla ja kemiallisella analyysillä. Näillä
menetelmillä selvitettiin ohutkalvomateriaalien ominaisuuksia ja
kasvumekanismia hieman eri näkökulmista yhtenevän kokonaisku-van
saamiseksi. Monikiteiset ohutkalvot havaittiin suhteellisen
stoikiometrisiksi ja kohtuullisen tasaisiksi verrattuna muihin
kirjallisuudessa esitettyihin vastaaviin ohutkalvoihin. Kaikki
valmistetut ohutkalvot olivat alle 0,3 mikrometrin paksuisia.
Yhteenvetona voidaan todeta, että SILAR menetelmä soveltuu tällä
hetkellä vaativien ohutkalvorakenteiden tuotantoon perustutkimuksessa,
mutta teollisten sovellutusten saavuttaminen edellyttää yhä
huomattavia lisätutkimuk-sia.

Julkaisussa on 48 sivua (liitteet 72 s.) ja se on painettu
Helsingissä, ISBN-numero on 952-91-0465-0.

Lisätietoja:
Tiedottaja Minna Meriläinen, puh. (09) 191 22570 tai toimistosihteeri
Pia-Tuulia Paano, puh. (09) 191 22342. Väitöskirjaan liittyvien
julkaisujen luettelo

1. Mika P. Valkonen, Tapio Kanniainen, Seppo Lindroos, Markku Leskelä
and
 Eero Rauhala: Growth of ZnS, CdS and multilayer ZnS/CdS thin films by
 SILAR technique, Applied Surface Science, 115 (1997) 386-392.

2. Mika P. Valkonen, Seppo Lindroos, Tapio Kanniainen, Markku Leskelä,

 Unto Tapper and Esko Kauppinen: Thin multilayer CdS/ZnS films grown
 by SILAR technique, Applied Surface Science, 120 (1997) 58-64.

3. Mika P. Valkonen, Seppo Lindroos and Markku Leskelä: CdxZn1-xS
solid solution thin films, CdS thin films and CdS/ZnS multilayer thin
films grown by SILAR technique,
 Applied Surface Science, 134 (1998) 283-291.

4. Mika P. Valkonen, Seppo Lindroos, Tapio Kanniainen, Markku Leskelä,
Roland Resch, Gernot Fried-bacher and Manfred Grasserbauer: Atomic
force microscopy studies of ZnS films grown on (100) GaAs by the SILAR
method, Journal of Materials Research, 13 (1998) 1688-1692.

5. Roland Resch, Gernot Friedbacher, Manfred Grasserbauer, Seppo
Lindroos, Tapio Kanniainen, Mika P. Valkonen and Markku Leskelä:
Investigation of ZnS thin films on Si(100) by phase detection imaging
and Young's modulus microscopy, Fresenius' Journal of Analytical
Chemistry, 361 (1998) 613-617.

6. Mika P. Valkonen, Seppo Lindroos, Roland Resch, Markku Leskelä,
Gernot Friedbacher and Manfred Grasserbauer: Growth of zinc sulfide
thin films on (100)Si with the SILAR method studied by atomic force
microscopy, Applied Surface Science, 136 (1998) 131-136.



Framställning och karakterisering av CdS, ZnS tunnfilmer och CdS/ZnS
tunnfilmer deponerat med SILAR metoden

Denna doktorsavhandling behandlar deponering och karakterisering av
CdS, ZnS, CdxZn1-xS och CdS/ZnS tunnfilmer. Dessa material är
attraktiva för använding inom optoelektroniska applikationer och har
de senaste åren rört stor upp-märksamhet. De kan framställas genom att
använda gasfasdeponeringmetoder, vilka, tilsammans med CdS/ZnS
tunn-filmerna och karakteringmetoder, har behandlats i
litteraturöversikten. En annan mycket intressant applikation för
kad-miumsulfid och zinksulfid tunnfilmerna är i solceller.

Framställning av kadmiumsulfid och zinksulfid multilager från
lösningar med SILAR (successive ionic layer adsorption and reaction
method) beskrivs i avhandlingens experimentella sektion. Filmerna
framställdes genom att substraten dop-pades i lösningar innehållande
katjon- och anjonutgångmaterial och mellan dessa skeden sköljdes den
med avjonat vatten. Genom att reglera experimentella parametrarna
kunde man observera att det är möjligt att nå dimensionerna for
elektriska komponenter i princip. Det experimentella arbetet innehöll
också betydelsefulla grundstudier, närmare bes-tämt framställning av
CdS, ZnS och CdxZn1-xS tunnfilmer på många olika substrat.

Tunnfilmernas egenskaper analyserades med röntgendiffraktion,
energidispersiv röntgenanalys, svepelelektronmikros-kopi, Rutherford
bakåtspridnings spektroskopi, atomkraftmikroskopi och kemisk analys.
Filmerna var polykristallina och orienterade. Förhållandet mellan
kation och anion var relativt väl balanserat. Ytterligare forskningen
är dock nöd-vändigt innan SILAR kan användas för deponening av filmer
i teknologiska applikationer.

Helsingin yliopisto Yhteystiedot