مقالة منهجية

تلفيق وطريقة قياس عنصر Ferroelectric مرنة تستند إلى هيتيرويبيتاكسي فإن دير فالس

DOI:

10.3791/57221

⸱

أبريل 8, 2018

 ,  ,  ,  , 
1Key Laboratory of Low Dimensional Materials and Application Technology of Ministry of Education, Xiangtan University, 2Department of Physics, Indian Institute of Science, 3Department of Materials Science and Engineering, National Chiao Tung University

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذه الورقة، نقدم بروتوكولا مباشرة تنمو الفوقي بعد الرصاص مرونة الزركونيوم تيتانات عنصر الذاكرة على ميكا بلدية موسكو.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مرنة غير متطايرة ذكريات تلقي الكثير من الاهتمام كما أنها قابلة للتطبيق للأجهزة الإلكترونية المحمولة الذكية في المستقبل، تعتمد على تخزين البيانات عالية الكثافة وقدرات استهلاك الطاقة المنخفضة. ومع ذلك، الذاكرة nonvolatile أكسيد عالي الجودة يقوم على ركائز مرنة كثيرا ما مقيد بخصائص مادية وعملية التصنيع ارتفاع درجة الحرارة لا مفر منه. في هذه الورقة، يقترح بروتوكولا مباشرة النمو الفوقي لكن مرنة الرصاص زركونيوم تيتانات ذاكرة عنصرا في بلدية موسكو ميكا. تمكين طريقة تقنية وقياس الترسيب تنوعاً تلفيق ذاكرة غير متطايرة مرنة بعد واحد-بلورية العناصر اللازمة للجيل القادم من الأجهزة الذكية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نجاح تصنيع عناصر الذاكرة nonvolatile مرنة (نفمي) يلعب دوراً رئيسيا في استغلال الإمكانات الكاملة للإلكترونيات مرنة. تقوم ميزة نفمي خفيفة الوزن واستهلاك منخفضة التكلفة، وانخفاض الطاقة، والسرعة وقدرات تخزين عالية الكثافة بالإضافة إلى تخزين البيانات ومعالجة المعلومات والاتصالات. بيروفسكيتي Pb (Zr، Ti) س3 (PZT) يعمل كنظام شعبية لتطبيقات مثل النظر بالاستقطاب الكبير، والاستقطاب السريع التبديل، ارتفاع درجة حرارة كوري وميدان القسرية منخفضة وارتفاع معامل كهرضغطية. في ذكريات nonvolatile ferroelectric، يمكنك التبديل نبض جهد خارجي الاستقطابات بقايا اثنين بين اتجاهين مستقرة، يمثلها '0' و '1'. وغير متغير، ويمكن إكمال عملية القراءة/الكتابة داخل نانو ثانية. نفمي على أساس العضوية1،2،،من34،،من56 و غير العضوية7،،من89،10 ،11،،من1213،،من1415 ferroelectric مواد جربت على ركائز مرنة. ومع ذلك، يقتصر هذا التكامل ليس فقط عجز ركائز النمو ارتفاع درجة الحرارة ولكن أيضا أداء الجهاز المتدهورة والتسرب الحالي والمكشوف الكهربائية بسبب تلك السطوح أخشن. على الرغم من النتائج الواعدة، تناوب استراتيجيات مثل التخفيف من الركازة8 ونقل طبقة الفوقي على الركازة مرنة15 تعاني صلاحية مقيدة نظراً لعملية متعددة الخطوات المتطورة، عدم القدرة على التنبؤ ونقل، وانطباق محدود.

للأسباب المذكورة آنفا، من المهم استكشاف الركازة ملائمة التي قادرة على التغلب على زيادة الحرارية وتنفيذية محدودة من ركائز لينة المضي قدما بمرونة للإلكترونيات. ميكا مسكوفيت طبيعية (كال2(السي3س10) (OH)2) الركيزة مع ميزات فريدة مثل الذرة ناعمة الأسطح، عالية الثبات الحراري، يفرط الكيميائية، والشفافية العالية، المرونة الميكانيكية، و يمكن استخدام التوافق مع أساليب التصنيع الحالية للتعامل بفعالية مع هذه القضايا. أكثر من ذلك، يدعم هيكل الطبقات ثنائي الأبعاد ميكا أحادي ميل تنضيد فإن دير فالس، مما يخفف من شعرية والحرارية مطابقة الشروط، إلى حد كبير وبالتالي قمع الركيزة لقط تأثير. استغلوا هذه المزايا في النمو المباشر من أكاسيد الوظيفية16،17،،من1819،20،21،22، 23 في بلدية موسكو مؤخرا، ونظرا لمرونة الجهاز تطبيقات.

وهنا، نحن تصف بروتوكولا مباشرة النمو الفوقي الرصاص بعد مرنة الزركونيوم تيتانات (PZT) الأغشية الرقيقة في بلدية موسكو ميكا. ويتحقق ذلك من خلال عملية ترسيب ليزر النبضي الاعتماد على خصائص تنوعاً ميكا، أسفر عن هيتيرويبيتاكسي فإن دير فالس. الاحتفاظ بجميع خصائص متفوقة PZT الفوقي على ركائز بلوري واحد جامد مثل هذه الهياكل ملفقة ومعارض زيادة الحرارية والميكانيكية ممتازة. يوفر ميزة تكنولوجية على نقل متعددة الخطوات والركيزة رقيق استراتيجيات هذا النهج بسيطة وموثوق بها ويسهل تطوير العناصر التي طال انتظارها الذاكرة غير متغير مرن بعد واحد-بلورية شرط أساسي الجيل القادم من الأجهزة الذكية مع الأداء العالي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1-اختﻻق الأغشية الرقيقة PZT مرنة

  1. قص الركازة ميكا 1 سم × 1 سم من ورقة ميكا مع المقص.
  2. إصلاح هذه الركيزة ميكا 1 سم × 1 سم على طاولة لاستخدام الشريط على الوجهين.
  3. استخدام الملقط لقشر قبالة ميكا الطبقة-من-الطبقة حتى السمك المطلوب (50 ميكرومتر)، تقاس مع ميكرومتر.
  4. لصق هذا طازجة المشقوق الركازة ميكا على الركازة حامل 5 '' باستخدام طبقة رقيقة من الطلاء الفضة والشفاء منه عند 120 درجة مئوية على صفيحة ساخنة لمدة 10 دقائق بإلصاق ميكا على الركيزة بشدة.
  5. وضع حامل الركيزة الملعوبة (ترسب الليزر النبضي) في قاعة الملعوبة.
  6. حدد معدل التكرار (مثلاً، 10 هرتز) والطاقة (مثلاً، 300 مللي جول) بالليزر.
  7. حرك عدسة التركيز إلى الموضع المحدد.
  8. فتح المصراع وإيداع 5 نانومتر CoFe2س4 (CFO) [الليزر الطاقة: 300 مللي جول، وضغط الأكسجين: 50 متورر، ودرجة حرارة العينة: 590 درجة مئوية، وترسب الوقت: 5 دقائق] رقيقة الفيلم كطبقة عازلة بتحريك الليزر (الشكل 1).
  9. إيداع 20-80 شمال البحر الأبيض المتوسط (SRO) سرو3 [الليزر الطاقة: 300 مللي جول، وضغط الأكسجين: 100 متور، درجة حرارة العينة: 680 درجة مئوية، وترسب الوقت: 10-30 دقيقة] على الطبقة العازلة الفلبينيين في الخارج كالقطب السفلي لاختبارات الأداء الكهربائية اللاحقة بتحريك (الليزر الشكل 1).
  10. الإيداع 150 نانومتر PZT [الليزر الطاقة: 300 مللي جول، وضغط الأكسجين: 100 متورر، ودرجة حرارة العينة: 650 درجة مئوية، وترسب الوقت: 60 دقيقة] رقيقة الفيلم على رأس المؤسسة أسفل القطب بتحريك الليزر (الشكل 1).
  11. التنفيس عن الدائرة باستخدام N2 وإزالة عينة PZT/ميكا (الشكل 2) وعندما تصل درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة.
  12. وضع العينة على قطعة من الزجاج.
  13. وضع شبكة المصممة مسبقاً مع 200 ميكرومتر قطر على رأس النموذج. إصلاح الشبكة جيدا ووضع عينة مش في قاعة اﻷخرق.
  14. استخدام DC اﻷخرق (10 mA، [مبر] 8، 6 دقيقة) إيداع كبار أقطاب حزب العمال على الفيلم. إزالة النموذج بعد اﻷخرق.
  15. استخدام حمض HF سكين أو 20% لإزالة مقطع PZT 1 مم × 1 مم. هذا هو الكشف عن مسرى المؤسسة السفلي وتشكيل كثير من المكثفات ferroelectric المرنة الصغيرة.
    ملاحظة: تنمو المؤسسة كمسري السفلي، وإيداع ثم حزب العمال على رأس أقطاب كهربائية على الأفلام بالعاصمة اﻷخرق لتشكيل المكثفات صغيرة كثيرة لقياس الخصائص الإلكترونية للفيلم PZT رقيقة، والذي يظهر في الشكل 3.
  16. طلاء طبقة من الفضة موصلة على المؤسسة تتعرض لزيادة الموصلية الكهربائية القطب السفلي المكتب الإقليمي. ضمان أن الفضة موصلة يمكن الاتصال بالمؤسسة المكشوفة.

2-فيرويليكتريك الوصف

  1. اختبار الانحناء
    1. على مساعدات العينة مرنة، الصق قطعة من الورق بنفس حجم العينة لسهولة نقل العينة من مرحلة إلى أخرى.
    2. ضع PZT/الميكا على لوحة الاختبار لمحلل جهاز اختبار فيرويليكتريك النظام وأشباه الموصلات.
    3. وضع مسبار قياس واحد لمحلل جهاز اختبار فيرويليكتريك النظام وأشباه الموصلات على مسرى Pt أعلى ووضع المسبار قياس أخرى على طبقة الفضة-المؤسسة للحصول على الحلقات التباطؤ مجال الاستقطاب-كهربائي (ع-ه) و منحنيات الحقل السعة الكهربائية (ج-ه) بينما تكون العينة unbent.
      1. قياس الحلقات التباطؤ ف ه مع تحقيقات اثنين بتردد 2 كيلو هرتز وفي 4 منحنيات قياس ف ج-E مع الاثنين يسبر بتردد 1 ميغاهرتز و 4 ف. إزالة عينة unbent.
    4. تأمين مرونة PZT/ميكا رقيقة على القالب المطلوب باستخدام الشريط على الوجهين. الحرص على تجنب الانزلاق/التزلق ميكا أثناء أخذ القياس.
    5. جبل على مجلس اختبار محلل جهاز اختبار فيرويليكتريك النظام وأشباه الموصلات.
    6. وضع المسبار واحد على مسرى أعلى نقطة في حين يتطرق التحقيق الأخرى مسرى أسفل المكتب الإقليمي عن طريق الفضة طلاء مشابه للتكوين المستخدمة في وقت سابق (الخطوة 2.1.3).
    7. قياس ه ف التباطؤ الحلقات ومنحنيات جيم-هاء تحت الشد والضغط الانحناء (الشكل 4) إنصاف أقطار مختلفة.
      1. قياس الحلقات التباطؤ ف ه مع تحقيقات اثنين بتردد 2 كيلو هرتز وفي منحنيات قياس ف ج-ه 4 مع تحقيقات اثنين بتردد 1 ميجا هرتز والساعة 4 الخامس.
    8. إزالة عينة PZT مرنة عند اكتمال القياسات ف ه وج-ه.
  2. الثبات الحراري
    1. وضع PZT/الميكا على لوحة الاختبار لمحلل جهاز اختبار فيرويليكتريك النظام وأشباه الموصلات.
    2. وضع مسبار قياس واحد على مسرى Pt أعلى ووضع المسبار قياس أخرى على طبقة الفضة-المكتب الإقليمي.
    3. فتح نظام مراقبة درجة الحرارة لتسخين العينة.
    4. إجراء قياسات ف ه وج-ه في درجات حرارة مختلفة (25 درجة مئوية، 50 درجة مئوية، 75 درجة مئوية، 100 درجة مئوية، 125 درجة مئوية، 150 درجة مئوية، 175 درجة مئوية).
    5. إيقاف تشغيل سخان الجمعية العامة بعد الانتهاء من القياسات.
  3. اختبارات سيكلابيليتي الانحناء
    1. جبل مرنة PZT/الميكا في الأخاديد اثنين من هذه الإعداد.
    2. إصلاح نهاية واحد من العينة في حين أنها عازمة من الطرف الآخر مع المعونة من المحرك.
    3. استخدم مسطرة لقياس طول PZT/ميكا جنبا إلى جنب مع اتجاه الحركة (الانحناء) المحرك قبل 8 مم الانحناء العملية (الشكل 5).
    4. حساب طول حركة ج لثني العينة 5 مم وفقا للصيغة: C=L-2Rsin(L/2R)، حيث L هو طول PZT/ميكا في الدولة unbent والبحث والتطوير هو إنصاف أقطار الانحناء و C هو طول حركة السيارات.
    5. تعيين عدد من الانحناء دورات (1000) في الكمبيوتر (الشكل 6).
    6. انقر فوق زر ابدأ لبدء حركة السيارات ذهابا وإيابا (الشكل 6).
    7. إزالة العينة وقياس P-E للتحقق ما إذا كان يتم الاحتفاظ بخصائص فيرويليكتريك.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أفلام رقيقة PZT/المؤسسة/المدير المالي/ميكا الفوقي ترسبت مع تقنية الليزر النبضي ترسب كما هو موضح في الخطوة 1. ويبين الشكل 1 مخطط النمو ويبين الشكل 2 عنصر NVM مرنة الفعلي استناداً PZT.

الاستقرار الميكانيكي أحد جوانب الهامة لتطبيق جهاز مرنة. وكان تقييم أداء ferroelectric العيانية هيتيروستروكتوري ضد الثناء الميكانيكية تحت الانحناء الشد والضغط على حد سواء. <...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

خطوة رئيسية في تصنيع عناصر ferroelectric يكمن في استخدام سطح الركازة نظيفة وحتى/شقة. على الرغم من سطح ميكا طازجة ملصوق على نحو سلس الذرة، من الضروري أن يولي اهتماما للحيلولة دون معاناة تفتيت مرئية الأسطح، وتقسيم الطبقات، والشقوق، تضمينات، إلخ بعد ترسيب طبقة PZT، كان تبريد العينة تحت ضغط الأكسجين المرتفعة (200-500 ميلليمتر زئبق) للحد من الشواغر الأوكسجين. وأودعت السابقين الموقع العلوي أقطاب البلاتين عبر شبكة المعرفة مسبقاً لتشكيل العديد من العناصر مكثف Pt/PZT/المكتب الإقليمي. القيام باختبارات الانحناء، ت...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب قد لا يوجد تضارب المصالح المالية الكشف عن.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هذا العمل كان تدعمها مؤسسة العلوم الطبيعية الصينية الوطنية (المنحة رقم 11402221 و 11502224) ومحاكاة "الدولة مفتاح المختبر من نابض الإشعاع المكثف" وتأثير (SKLIPR1513) والبحوث الرئيسية مقاطعة هونان وخطة التنمية (رقم أسبوع 2014 من 2016).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
<قوي> المعدات< / القوية >
لوحة الساخنةالبولنديةنظام P-20
PLDمنتجات PVDPLD 5000
نظام اختبار الطاقة الحديدية   ؛عمل Radiant Technologies Precisions RT66A
محلل جهاز أشباه الموصلات Agilent B1500A
قوالب الانحناءمحلية الصنعمادة تفلون تشكيله
مرحلة الانحناءالإعدادالرابط المنزلي Labview الذي يوفر النزوح الصغير مثل 1 ميكرومتر
نظام الاخرقبكين & nbsp ؛ تفصيلETD-3000
Materials
mica(001) صفائحNilaco corporation  990066
الطلاء الفضي الموصلتيد بيلا ، INCرقم 16033
CoFe 2 < / sub > 4 < / sub > الهدفKurt J.Lesker
SrRuO 3< / sub > الهدفKurt J.Lesker
PbZr 0.2< / sub>Ti0.8< / sub>O3 < / sub >Kurt J.Lesker
هدفحزب العمال Hefei Ke jing
محطات الهدف

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kim, W. Y., Lee, H. C. Stable ferroelectric poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) film for flexible nonvolatile memory application. IEEE Electron Device Letters. 33 (2), 260-262 (2012).
  2. Mao, D., Quevedo-Lopez, M. A., Stiegler, H., Gnade, B. E., Alshareef, H. N. Optimization of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) films as non-volatile memory for flexible electronics. Organic Electronics. 11 (5), 925-932 (2010).
  3. Lee, G. G., et al. The flexible non-volatile memory devices using oxide semiconductors and ferroelectric polymer poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene). Applied Physics Letters. 99 (1), 012901-012903 (2011).
  4. Kim, R. H., et al. Non-volatile organic memory with sub-millimeter bending radius. Nature Communications. 5, 3583-3594 (2014).
  5. Liu, J., et al. Fabrication of Flexible, All-Reduced graphene oxide non-volatile memory devices. Advanced Materials. 25 (2), 233-238 (2013).
  6. Ji, Y., et al. Stable switching characteristics of organic nonvolatile memory on a bent flexible substrate. Advanced Materials. 22 (28), 3071-3075 (2010).
  7. Ghoneim, M. T., et al. Thin PZT-based ferroelectric capacitors on flexible silicon for nonvolatile memory applications. Advanced Electronic Materials. 1 (6), 1500045-1500054 (2015).
  8. Ghoneim, M. T., Hussain, M. M. Study of harsh environment operation of flexible ferroelectric memory integrated with PZT and silicon fabric. Applied. Physics. Letters. 107 (5), 052904-052908 (2015).
  9. Zuo, Z., et al. Preparation and ferroelectric properties of freestanding Pb(Zr,Ti)O3 thin membranes. Journal of Physics D: Applied Physics. 45 (18), 185302-185306 (2012).
  10. Kingon, A. I., Srinivasan, S. Lead zirconate titanate thin films directly on copper electrodes for ferroelectric, dielectric and piezoelectric applications. Nature Materials. 4 (3), 233-237 (2005).
  11. Shelton, C. T., Gibbons, B. J. Epitaxial Pb(Zr,Ti)O3 thin films on flexible substrates. Journal of the American Ceramic Society. 94 (10), 3223-3226 (2011).
  12. Rho, J., et al. PbZrxTi1−xO3 Ferroelectric thin-film capacitors for flexible nonvolatile memory applications. IEEE Electron Device Letters. 31 (9), 1017-1019 (2010).
  13. Bretos, I., et al. Activated Solutions Enabling Low-Temperature processing of functional ferroelectric oxides for flexible electronics. Advanced Materials. 26 (9), 1405-1409 (2014).
  14. Tsagarakis, E. D., Lew, C., Thompson, M. O., Giannelis, E. P. Nanocrystalline barium titanate films on flexible plastic substrates via pulsed laser annealing. Applied Physics Letters. 89 (20), 202910-202912 (2006).
  15. Bakaul, S. R., et al. High speed epitaxial perovskite memory on flexible substrates. Advanced Materials. 29 (11), 1605699-1605703 (2017).
  16. Li, C. I., et al. Van der Waal epitaxy of flexible and transparent VO2 film on muscovite. Chemistry of Materials. 28 (11), 3914-3919 (2016).
  17. Ma, C. H., et al. Van der Waals epitaxy of functional MoO2 film on mica for flexible electronics. Applied Physics Letters. 108 (25), 253104-253108 (2016).
  18. Bitla, Y., et al. Oxide heteroepitaxy for flexible optoelectronics. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (47), 32401-32407 (2016).
  19. Wu, P. C., et al. Heteroepitaxy of Fe3O4/muscovite: A new perspective for flexible spintronics. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (49), 33794-33801 (2016).
  20. Jiang, J., et al. Flexible ferroelectric element based on van der Waals heteroepitaxy. Science Advances. 3 (6), e1700121-e1700128 (2017).
  21. Amrillah, T., et al. Flexible multiferroic bulk heterojunction with giant magnetoelectric coupling via van der waals epitaxy. ACS Nano. 11 (6), 6122-6130 (2017).
  22. Bitla, Y., Chu, Y. H. MICAtronics: A new platform for flexible X-tronics. Flat Chem. 3, 26-42 (2017).
  23. Chu, Y. H. Van der Waals oxide heteroepitaxy. Quantum Materials. 2 (1), 67-71 (2017).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

PZT PLD

مقالات ذات صلة