ضبط خصائص أكسيد عن طريق التحكم في شغور الأكسجين أثناء النمو والتلدين

تسمح الطريقة المعروضة هنا بالتحكم في كمية الأكسجين الشاغرة في أغشية أكسيد رقيقة أثناء وبعد الترسيب. التقدم الرئيسي لهذا النهج هو أنه يمكن ضبط الخواص الكهربائية والمغناطيسية عن طريق تعديل كمية الأكسجين الشاغرة. تعمل شواغر الأكسجين كعيوب وظيفية في معظم مواد الأكسيد ، وبالتالي يمكن التحكم في خصائص العديد من الأكاسيد بشكل منهجي عن طريق هندسة العيوب باستخدام هذا النهج.

سيوضح الإجراء شينهي وكارلوس وإريك ، وهو طالب ما بعد الدكتوراه وطالبان دكتوراه من مختبرنا. للبدء ، قم بشراء ركائز تيتانات السترونتيوم المختلطة ذات زاوية سطح نموذجية من 0.05 إلى 0.2 درجة فيما يتعلق بالطائرات البلورية. تنظيف العدد المطلوب من ركائز عن طريق الموجات فوق الصوتية في الأسيتون لمدة خمس دقائق.

ثم قم بالموجات فوق الصوتية للركائز لمدة 20 دقيقة عند 70 درجة مئوية في الماء النظيف ، مما يذوب أكسيد السترونتيوم أو يشكل مجمعات هيدروكسيد السترونتيوم في المجالات السطحية المنتهية بأكسيد السترونتيوم ، مع ترك المجالات المستقرة كيميائيا وثاني أكسيد التيتانيوم دون تغيير. في غضون ذلك ، قم بإعداد محلول ريجيا المائي عن طريق إضافة حمض الهيدروكلوريك ببطء إلى الماء ثم إضافة حمض النيتريك إلى المحلول. بعد ذلك ، قم بالموجات فوق الصوتية للركائز في محلول حمضي يحتوي على حمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك والماء عند 70 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة في غطاء دخان لحفر أكسيد السترونتيوم بشكل انتقائي بسبب الطبيعة الأساسية لمجالات سطح أكسيد السترونتيوم ، وحموضة ثاني أكسيد التيتانيوم ، ووجود مجمعات هيدروكسيد السترونتيوم.

إزالة الحمض المتبقي من ركائز عن طريق الموجات فوق الصوتية في 100 ملليلتر من الماء النظيف لمدة خمس دقائق في درجة حرارة الغرفة في غطاء الدخان. ثم اخبز الركائز في جو من شريط واحد من الأكسجين لمدة ساعة واحدة عند 1،000 درجة مئوية بمعدل تسخين وتبريد 100 درجة مئوية في الساعة في فرن أنبوب خزفي لإرخاء سطح الركيزة إلى حالة ذات طاقة منخفضة. لإيداع طبقة رقيقة على الركائز ، قم بتركيب الركائز على سخان أو حامل رقاقة ، اعتمادا على ما إذا كان سيتم إجراء قياسات نقل NC2 أثناء الترسيب.

بعد ذلك ، ضع الركيزة المنتهية بثاني أكسيد التيتانيوم على بعد 4.7 سم من هدف الألومينا البلوري الأحادي للترسب النموذجي لألومينا جاما على تيتانات السترونتيوم في درجة حرارة الغرفة. استعد للتوقف من هدف ألومينا بلوري واحد في ضغط أكسجين مقداره 10 أس سالب خمسة ملليبار. اضبط الخصائص باستخدام محتوى الأكسجين باستخدام ضغط ترسيب الأكسجين في نطاق 10 إلى الطاقة ناقص ستة إلى 0.1 مليبار ، أو عن طريق تغيير معلمات الترسيب الأخرى.

بعد الحضانة ، لاحظ الركيزة للسمك المطلوب لترسب جاما الألومينا. بعد ذلك ، أخرج العينة من غرفة الترسيب ، وأوقف أي قياسات كهربائية. ثم قم بتخزين العينة في فراغ.

يكون تحلل العينة أبطأ عند تخزينه في فراغ أو نيتروجين. قم بتركيب العينة على حامل رقائق باستخدام عجينة الفضة. ثم قم بتوصيل العينة كهربائيا بحامل الرقاقة باستخدام ربط الأسلاك الإسفينية لأسلاك الألمنيوم في هندسة Van der Pauw.

بعد ذلك ، ضع حامل الرقاقة مع العينة في فرن مغلق. ثم باستخدام موصل وأسلاك ذات عزل مقاوم للحرارة ، قم بتوصيل حامل الرقاقة كهربائيا بمعدات القياس ، وابدأ قياسات مقاومة الصفيحة. ثم ضع حامل الرقاقة المجهز بالعينة في فرن مغلق واغسله جيدا بالغاز المستخدم في التلدين أثناء التحقق مما إذا كانت مقاومة العينة حساسة للتغير في الغلاف الجوي.

قم بتلدين العينة باستخدام ملف تعريف التلدين المطلوب ، اعتمادا على سمك الفيلم العلوي والمعدل المطلوب لدمج الأكسجين. إجهاض التلدين عند حدوث التغيير المطلوب في مقاومة الصفيحة. باستخدام هذا الإعداد ، يمكن مراقبة تطور مقاومة الصفيحة في الهياكل غير المتجانسة للأكسيد مثل تيتانات السترونتيوم جاما الألومينا واللانثانوم ألومينات السترونتيوم في الموقع أثناء ترسيب الليزر النبضي.

عندما يتم تغيير بيئة القياس عن طريق القياس خارج الموقع أو عن طريق تدفق الأكسجين في الموقع ، يمكن ملاحظة تغييرات كبيرة في مقاومة الصفيحة للهياكل غير المتجانسة القائمة على تيتانات السترونتيوم. في العينات التي تترسب فيها ألومينا جاما على تيتانات السترونتيوم ، تظل حركة الإلكترون دون تغيير إلى حد كبير في درجة حرارة الغرفة ، ولكنها تتغير بشكل كبير عند كلفن عندما يختلف ضغط الترسيب. يمكن أيضا ضبط خصائص الهياكل غير المتجانسة للأكسيد بعد الترسيب باستخدام التلدين.

يتم تحديد الحالة النهائية من خلال وقت التلدين ودرجة حرارة التلدين والغلاف الجوي. يتم قياس موصلات الصفيحة للهياكل غير المتجانسة المكونة من تيتانات السترونتيوم المغطاة بألومينا جاما أو ألومينات اللانثانوم غير المتبلورة عند درجات حرارة مختلفة للصلب. لوحظ أسرع انخفاض في التوصيل للهياكل غير المتجانسة لتيتانات اللانثانوم ألومينات السترونتيوم غير المتبلورة.

بالنسبة للهياكل غير المتجانسة لتيتانات السترونتيوم ، يتم التحكم في كثافة الناقل عن طريق التحكم في التلدين والأكسجين. تؤدي خطوات التلدين المتتالية إلى انخفاض ثابت في كثافة الناقل والانتقال من الموصل المعدني إلى السطح العازل. يمكن أن يؤدي تغيير حالة التوصيل في البنية غير المتجانسة لتيتانات السترونتيوم إلى تمكين خصائص مختلفة.

هنا ، لم تكن محاولات كتابة الأسلاك النانوية باستخدام مجهر القوة الذرية الموصلة ممكنة قبل التلدين. ومع ذلك ، بعد التلدين ، يمكن كتابة خطوط التوصيل ومحوها في الواجهة. باستخدام هذا النهج ، يمكننا تغيير الخصائص المغناطيسية والإلكترونية للهياكل غير المتجانسة للأكسيد بشكل منهجي ، وبهذه الطريقة ، دراسة دور شواغر الأكسجين في تحديد هذه الخصائص.