นักวิทยาศาสตร์สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ศึกษาและวิเคราะห์โครงสร้างฟิล์มบางอะลูมิเนียมไนไตรด์ ซึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาวัสดุอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ โดยใช้โครงสร้างพื้นฐานของสถาบันฯ ครอบคลุมเครื่องมือพื้นฐาน ไปจนถึงเครื่องมือขั้นสูงอย่างครบวงจร เพื่อนำไปสู่การออกแบบและสร้างฟิล์มบางอะลูมิเนียมไนไตรด์ให้มีโครงสร้างตามต้องการ สู่การประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย  

 

งานวิจัยดังกล่าวนำโดย ดร.รัชฎาภรณ์ ทรัพย์เรืองเนตร นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสงของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน และคณะ ซึ่งได้ศึกษาฟิล์มบางอะลูมิเนียมไนไตรด์ด้วยเทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ใกล้ขอบของการดูดกลืนทั้งในเชิงทฤษฎีและการทดลอง โดยฟิล์มบางอะลูมิเนียมไนไตรด์นั้นสำคัญต่อการพัฒนาวัสดุอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เช่น วัสดุอิเล็กทรอนิกส์เชิงแสง วัสดุอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง และวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ไฟฟ้ากำลังสูง อีกทั้งยังประยุกต์ใช้งานได้อีกหลากหลายอย่าง

X-ray diffraction patterns of AlN films on glass substrate with various mixed
ambient 20%, 40%, 60% and 80% of N2/(Ar þ N2) flow ratio.

การวิเคราะห์โครงสร้างของฟิล์มนั้นอาจใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (X-ray Diffraction, XRD) ได้ แต่ในกรณีการศึกษาโครงสร้างการก่อตัวตั้งแต่แรกเริ่มไม่สามารถนำเทคนิค XRD มาใช้ได้ จึงต้องใช้เทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ใกล้ขอบของการดูดกลืน ซึ่งผลการทดลองที่ได้สามารถบ่งบอกได้ชัดเจนถึงระนาบของวัสดุที่มีการก่อตัวที่แตกต่างกันในสภาวะที่มีปริมาณก๊าซไนโตรเจนที่แตกต่างกัน

 

Normalized Absorption N K-edge SXANES spectra with various mixed ambient 20%, 40%, 60% and 80% of N2/(Ar þ N2) flow ratio at

(a) both 54.7 degree magic angle-incidence (b) normal-incidence for all conditions.

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์พยายามประยุกต์ใช้ฟิล์มอะลูมิเนียมไนไตรด์ในโครงสร้างสองมิติและหนึ่งมิติ เช่น การใช้ในงานเชิงกลและไฟฟ้าระดับจุลภาค (MEMS) และการใช้งานในเทคโนโลยีตัวตรวจวัด อันเป็นโครงสร้างฟิล์มบางอะลูมิเนียมไนไตรด์สองมิติ หรือการศึกษาโครงสร้างหนึ่งมิติในระดับนาโนเมตรของวัสดุชนิดนี้ ทั้งแบบท่อ แบบแท่ง และแบบเส้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการปลดปล่อยแสงเมื่อใช้วัสดุชนิดนี้ในหลอดแอลอีดี ซึ่งการทำความเข้าใจถึงกลไกการก่อตัวของฟิล์มชนิดนี้ โดยเฉพาะในระยะแรกเริ่มการก่อตัว มีความสำคัญยิ่งต่อการออกแบบและสร้างฟิล์มให้มีโครงสร้างตามที่นักวิจัยต้องการได้ต่อไป

The normalized N K-edge SXANES spectra of AlN film on glass substrate;
experimental showing normal and 54.7 degree magic angle incidence of 80% of N2/(Ar þ N2)
ratio, and calculated spectra showing (10-10) and (0001) polarization.

 

งานวิจัยนี้ยังแสดงให้เห็นว่าสถาบันฯ มีโครงสร้างพื้นฐานด้านเครื่องมือวิเคราะห์วิจัยที่สมบูรณ์พร้อม สามารถก่อให้เกิดงานวิจัยที่มีคุณภาพในระดับสูงและมีความสมบูรณ์ในเนื้อหา โดยผลงานวิจัยนี้ยังได้รับรางวัลผลงานวิจัยดีเด่น ประจำปี 2563 ประเภทผลงานวิจัยระดับดีมาก ของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน และได้รับการตีมพิมพ์ใน วารสาร Journal of Alloys and Compounds อีกด้วย

 

 

บทความโดย

ดร.รัชฎาภรณ์ ทรัพย์เรืองเนตร นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง