Low Temperature Atomic Layer Deposition of (00l)-Oriented Elemental Bismuth

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Jorge Luis Vazquez-Arce - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Alessio Amoroso - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Università degli Studi di Napoli Federico II (Autor:in)
  • Nicolas Perez - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Jaroslav Charvot - , University of Pardubice (Autor:in)
  • Dominik Naglav-Hansen - , Ruhr-Universität Bochum (Autor:in)
  • Panpan Zhao - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Jun Yang - , Professur für Metallische Werkstoffe und Metallphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Sebastian Lehmann - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Angelika Wrzesińska-Lashkova - , Professur für Neuartige Elektroniktechnologien (gB/IFW und cfaed), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Fabian Pieck - , Universität Leipzig (Autor:in)
  • Ralf Tonner-Zech - , Universität Leipzig (Autor:in)
  • Filip Bureš - , University of Pardubice (Autor:in)
  • Annalisa Acquesta - , Università degli Studi di Napoli Federico II (Autor:in)
  • Yana Vaynzof - , Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed), Professur für Neuartige Elektroniktechnologien (gB/IFW und cfaed), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Anjana Devi - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Ruhr-Universität Bochum (Autor:in)
  • Kornelius Nielsch - , Professur für Metallische Werkstoffe und Metallphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Amin Bahrami - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)

Abstract

This study presents the first successful demonstration of growing elemental bismuth (Bi) thin films via thermal atomic layer deposition (ALD) using Bi(NMe2)3 as the precursor and Sb(SiMe3)3 as the co-reactant. The films were deposited at a relatively low temperature of 100 °C, with a growth per cycle (GPC) of 0.31–0.34 Å/cycle. Island formation marked the initial growth stages, with surface coverage reaching around 80 % after 1000 cycles and full coverage between 2000 and 2500 cycles. Morphological analysis revealed that the Bi grains expanded and became more defined as the number of ALD cycles increased. This coalescence is further supported by X-ray diffraction (XRD) patterns, which show a preferential shift in growth orientation from the (012) plane to the (003) plane as the film thickness increases. X-ray photoemission spectroscopy (XPS) confirmed the presence of metallic Bi with minimal surface oxidation. Temperature-dependent sheet resistance measurements highlight the semimetallic nature of Bi, with a room temperature resistivity of ≈200 μΩcm for the 2500 cycles Bi. Temperature-dependent sheet resistance was also associated with a transition in carrier-type dominance from holes at higher temperatures to electrones at lower temperatures.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummere202422578
Seitenumfang13
FachzeitschriftAngewandte Chemie - International Edition
Jahrgang64
Ausgabenummer15
Frühes Online-DatumJan. 2025
PublikationsstatusVeröffentlicht - 7 Apr. 2025
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMed 39875330

Schlagworte

ASJC Scopus Sachgebiete

Schlagwörter

  • Atomic Layer Deposition, Hall resistance, Preferential growth, Surface Chemistry