Methodenartikel

Einstellen der Oxideigenschaften durch Sauerstoff-Fehlstellen-Kontrolle während des Wachstums und Glühens

DOI:

10.3791/58737

⸱

9. Juni 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Energy Conversion and Storage, Technical University of Denmark, 2Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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

Oxidmaterialien weisen viele exotische Eigenschaften auf, die durch die Abstimmung des Sauerstoffgehalts gesteuert werden können. In dieser Arbeit demonstrieren wir die Einstellung des Sauerstoffgehalts in Oxiden durch Variation der gepulsten Laserabscheidungsparameter und durch Nachglühen. Beispielsweise werden die elektronischen Eigenschaften von SrTiO-3-basierten Heterostrukturen durch Wachstumsmodifikationen und Annealing eingestellt.

Zusammenfassung

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

Elektrische, optische und magnetische Eigenschaften von oxidischen Materialien können oft durch Variation des Sauerstoffgehalts gesteuert werden. Hier skizzieren wir zwei Ansätze zur Variation des Sauerstoffgehalts und geben konkrete Beispiele für die Abstimmung der elektrischen Eigenschaften von SrTiO-3-basierten Heterostrukturen. Im ersten Ansatz wird der Sauerstoffgehalt durch Variation der Abscheideparameter während einer gepulsten Laserabscheidung kontrolliert. Beim zweiten Ansatz wird der Sauerstoffgehalt eingestellt, indem die Proben nach dem Filmwachstum in Sauerstoff bei erhöhten Temperaturen geglüht werden. Die Ansätze können für eine Vielzahl von Oxiden und Nichtoxidmaterialien verwendet werden, deren Eigenschaften empfindlich auf eine Änderung der Oxidationsstufe reagieren.

Die Ansätze unterscheiden sich deutlich vom elektrostatischen Gating, das häufig verwendet wird, um die elektronischen Eigenschaften von begrenzten elektronischen Systemen zu verändern, wie sie in SrTiO-3-basierten Heterostrukturen beobachtet werden. Durch die Kontrolle der Sauerstoff-Fehlstellenkonzentration sind wir in der Lage, die Ladungsträgerdichte über viele Größenordnungen zu kontrollieren, selbst in nicht begrenzten elektronischen Systemen. Darüber hinaus können Eigenschaften kontrolliert werden, die nicht empfindlich auf die Dichte der wandernden Elektronen reagieren.

Einleitung

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

Der Sauerstoffgehalt spielt eine entscheidende Rolle für die Eigenschaften von oxidischen Materialien. Sauerstoff hat eine hohe Elektronegativität und zieht im vollionischen Grenzbereich zwei Elektronen aus benachbarten Kationen an. Diese Elektronen werden an das Gitter abgegeben, wenn sich eine Sauerstofflücke bildet. Die Elektronen können eingefangen werden und einen lokalisierten Zustand einnehmen, oder sie können delokalisiert werden und in der Lage sein, einen Ladungsstrom zu leiten. Die lokalisierten Zustände befinden sich typischerweise in der Bandlücke zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband mit einem Gesamtdrehimpuls, der ungleichNull 1,2,3 sein kann. Die lokalisierten Zustände können also lokalisierte magnetische Momente bilden und einen großen Einfluss auf z.B. die optischen und magnetischen Eigenschaftenhaben 1,2,3. Werden die Elektronen delokalisiert, tragen sie zur Dichte der wandernden Ladungsträger bei. Wenn sich außerdem eine Sauerstofflücke oder andere Defekte bilden, passt sich das Gitter an den Defekt an. Das Vorhandensein von Defekten kann daher auf natürliche Weise zu lokalen Dehnungsfeldern, Symmetriebrechung und einem veränderten elektronischen und ionischen Transport in Oxiden führen.

Die Kontrolle der Sauerstoffstöchiometrie ist daher oft der Schlüssel, um beispielsweise die optischen, magnetischen und Transporteigenschaften von oxidischen Materialien abzustimmen. Ein prominentes Beispiel sind SrTiO3- und SrTiO3-basierte Heterostrukturen, bei denen der Grundzustand der Materialsysteme sehr empfindlich auf den Sauerstoffgehalt reagiert. Undotiertes SrTiO3 ist ein nichtmagnetischer Isolator mit einer Bandlücke von 3,2 eV; Durch die Einführung von Sauerstoffleerstellen ändert SrTiO3 jedoch den Zustand von isolierend zu metallisch leitend mit einer Elektronenbeweglichkeit von mehr als 10.000 cm 2/Vs bei2 K4. Bei tiefen Temperaturen (T < 450 mK) kann die Supraleitung sogar der bevorzugte Grundzustandsein 5,6. Es wurde auch festgestellt, dass Sauerstofflücken in SrTiO3 es ferromagnetischmachen 7 und zu einem optischen Übergang im sichtbaren Spektrum von transparent zuundurchsichtig 2 führen. Seit mehr als einem Jahrzehnt besteht ein großes Interesse daran, verschiedene Oxide wie LaAlO3, CaZrO3 undγ-Al2O3auf SrTiO3 abzuscheiden und die an der Grenzfläche auftretenden Eigenschaften zu untersuchen8,9,10,11,12,13 . In einigen Fällen stellt sich heraus, dass sich die Eigenschaften der Grenzfläche deutlich von denen unterscheiden, die in den Ausgangsmaterialien beobachtet wurden. Ein wichtiges Ergebnis der SrTiO-3-basierten Heterostrukturen ist, dass die Elektronen auf die Grenzfläche beschränkt werden können, wodurch es möglich ist, die Eigenschaften in Bezug auf die Dichte der wandernden Elektronen durch elektrostatisches Gating zu steuern. Auf diese Weise wird es möglich, beispielsweise die Elektronenbeweglichkeit 14,15, die Supraleitung 11, die Elektronenpaarung 16 und den magnetischen Zustand 17 der Grenzfläche mit Hilfe elektrischer Felder einzustellen.

Die Ausbildung der Grenzfläche ermöglicht auch eine Kontrolle der SrTiO3-Chemie, wobei die Abscheidung des oberen Films auf SrTiO3 genutzt werden kann, um eine Redoxreaktion über die Grenzfläche18,19 zu induzieren. Wenn ein Oxidfilm mit hoher Sauerstoffaffinität auf SrTiO3 abgeschieden wird, kann Sauerstoff von den oberflächennahen Teilen von SrTiO3 auf die obere Schicht übertragen werden, wodurch SrTiO3 reduziert und die obere Schicht oxidiert wird (siehe Abbildung 1).

figure-introduction-1
Abbildung 1: Sauerstoff-Fehlstellenbildung inSrTiO 3. Schematische Darstellung der Bildung von Sauerstoffleerstellen und Elektronen im grenzflächennahen Bereich von SrTiO3 bei der Abscheidung einer dünnen Schicht mit hoher Sauerstoffaffinität. Nachgedruckte Abbildung mit freundlicher Genehmigung einer Studie von Chen et al.18. Copyright 2011 von der American Chemical Society. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

In diesem Fall bilden sich Sauerstoffleerstellen und Elektronen in der Nähe der Grenzfläche. Es wird erwartet, dass dieser Prozess der Ursprung der Leitfähigkeit ist, die während der Abscheidung an der Grenzfläche zwischen SrTiO3 und bei Raumtemperatur gewachsenen Metallfilmen oder Oxiden wie amorphem LaAlO3 18,20 oderγ-Al2O3 10,21,22,23 gebildet wird. Daher sind die Eigenschaften dieser SrTiO-3-basierten Grenzflächen sehr empfindlich gegenüber dem Sauerstoffgehalt an der Grenzfläche.

Hier berichten wir über die Verwendung von Postdeposition Annealing und Variationen in den gepulsten Laserauftragsparametern, um die Eigenschaften in oxidischen Materialien durch Abstimmung des Sauerstoffgehalts zu kontrollieren. Wir verwendenγ-Al2O3oder amorphes LaAlO3, das bei Raumtemperatur auf SrTiO3 abgeschieden wird, als Beispiele, wie die Ladungsträgerdichte, die Elektronenbeweglichkeit und der Schichtwiderstand um Größenordnungen verändert werden können, indem die Anzahl der Sauerstofflücken kontrolliert wird. Die Methoden bieten einige Vorteile, die über die mit elektrostatischem Gating erzielten Vorteile hinausgehen, die typischerweise zur Abstimmungder elektrischen 9,11,14- und in einigen Fällen der magnetischen 15,17-Eigenschaften verwendet werden. Zu diesen Vorteilen gehören die Bildung eines (quasi-)stabilen Endzustands und die Vermeidung der Verwendung elektrischer Felder, die einen elektrischen Kontakt zur Probe erfordern und Nebenwirkungen verursachen können.

Im Folgenden werden allgemeine Ansätze zur Einstellung der Eigenschaften von Oxiden durch Kontrolle des Sauerstoffgehalts vorgestellt. Dies geschieht auf zwei Arten, nämlich 1) durch Variation der Wachstumsbedingungen bei der Synthese der Oxidmaterialien und 2) durch Ausglühen der Oxidmaterialien in Sauerstoff. Die Ansätze können angewendet werden, um eine Reihe von Eigenschaften in vielen Oxid- und einigen Monoxidmaterialien abzustimmen. Wir liefern ein konkretes Beispiel, wie die Ladungsträgerdichte an der Grenzfläche von SrTiO-3-basierten Heterostrukturen eingestellt werden kann. Stellen Sie sicher, dass ein hohes Maß an Sauberkeit ausgeübt wird, um eine Kontamination der Proben zu vermeiden (z. B. durch die Verwendung von Handschuhen, Rohröfen fürSrTiO 3 und einer nicht magnetischen/säurebeständigen Pinzette).

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Protokoll

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

1. Kontrolle der Eigenschaften durch unterschiedliche Wachstumsbedingungen

  1. Präparation von hochwertigen Oberflächen ausSrTiO 3
    1. Kaufen Sie gemischt terminierteSrTiO-3-Substrate (z. B. mit einer Größe von 5 mm x 5 mm x 0,5 mm) mit einem typischen Oberflächenwinkel von 0,05°–0,2° in Bezug auf die (001)-Kristallebenen.
      HINWEIS: Der Fehlschnittwinkel bestimmt die Ebenheit der Oberfläche, die für das epitaktische Wachstum auf dem Substrat sowie für die resultierenden Eigenschaften an der Grenzfläche wichtig ist.
    2. Reinigen Sie die gewünschte Anzahl von Substraten durch Ultraschall in Aceton für 5 min und Ethanol für 5 min bei Raumtemperatur in einem Standard-Ultraschallgerät.
    3. Die Substrate werden 20 Minuten lang bei 70 °C in sauberem Wasser mit Ultraschall behandelt, wodurch SrO24 gelöst wird oder Sr-Hydroxid-Komplexe an Oberflächendomänen gebildet werden, die mit SrO25 terminiert sind, während die chemisch stabilen TiO2-terminierten Domänen unverändert bleiben26.
    4. Die Substrate werden in einer sauren 3:1:16-HCl:HNO-3:H2O-Lösung(z. B. 9:3:48 ml) bei 70 °C für 20 min in einem Abzug mit Ultraschall behandelt, um SrO aufgrund der grundlegenden Natur der SrO-Oberflächendomänen, des Säuregehalts vonTiO2 und des Vorhandenseins der SrO-Hydroxidkomplexe selektiv zu ätzen.
    5. Entfernen Sie die Restsäure von den Substraten durch Ultraschall in 100 ml sauberem Wasser für 5 min bei Raumtemperatur in einem Abzug.
      ANMERKUNG: TiO2-terminiertes SrTiO3 kann kommerziell erworben oder auf verschiedene Weise hergestellt werden, basierend auf dem selektiven Ätzen von SrO auf der Oberfläche 24,27. Das konventionelle Ätzen in HF führt ebenfalls zu TiO2-terminiertem SrTiO3, was hier jedoch aufgrund von Sicherheitsbedenken und der Gefahr einer unbeabsichtigten F-Dotierung von SrTiO328 vermieden wird.
    6. Die Substrate werden in einer Atmosphäre von 1 bar Sauerstoff für 1 h bei 1.000 °C mit einer Heiz- und Abkühlrate von 100 °C/h in einem keramischen Rohrofen thermisch behandelt, um die Substratoberfläche in einen Zustand mit niedriger Energie zu entspannen.
  2. Abscheidung der dünnen Schicht(en) auf dem Substrat
    1. Montieren Sie die Substrate auf der Heizung oder einem Späneträger, je nachdem, ob während der Abscheidung in situ Transportmessungen durchgeführt werden sollen.
      Anmerkungen: Eine Silberpaste, die bei Raumtemperatur aushärtet, kann bequem für die Substratmontage verwendet werden.
    2. Verbinden Sie die vier Ecken der SrTiO-3-Oberfläche elektrisch mit einem Chipträger, z. B. mit Standard-Keildrahtbonden mit 20 μm dickenAl-Drähten , wenn In-situ-Transportmessungen gewünscht werden. Montieren Sie den Chipträger auf einem Chipträgerhalter, wo Drähte die Probe über einen vakuumkompatiblen Stecker mit einem elektrischen Messaufbau verbinden.
    3. Das TiO2-terminierte Substrat wird 4,7 cm vom einkristallinenAl2O3-Targetentfernt platziert, um eine typische Abscheidung vonAl2O3auf SrTiO3 zu erzielen.
    4. Beginnen Sie mit der Van-der-Pauw-Geometrie29, wenn In-situ-Transportmessungen durchgeführt werden sollen.
    5. Erhitzen Sie das Substrat auf 650 °C mit einer Geschwindigkeit von 15 °C/min oder halten Sie das Substrat bei Raumtemperatur.
    6. Bereiten Sie sich auf die Ablation von einem einkristallinenAl2O3-Targetbei einem Sauerstoffdruck von 1 x 10-5 mbar vor, z. B. mit einem Nanosekunden-gepulsten KrF-Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm, einer Laserfluenz von 3,5 J/cm2 und einer Frequenz von 1 Hz. Einstellen der Eigenschaften anhand des Sauerstoffgehalts durch Verwendung eines Sauerstoffabscheidedrucks im Bereich von 10-6 bis 10-1 mbar oder durch Variation anderer Abscheidungsparameter.
    7. Scheiden Sie die gewünschte Dicke vonγ-Al2O3 (typischerweise 0–5 Elementarzellen) ab.
      HINWEIS: Dies kann z. B. mit Hilfe von reflektierenden Hochenergie-Elektronenbeugungsschwingungen (RHEED) oder Rasterkraftmikroskopiemessungen bestimmt werden, wobei letztere als Höhenunterschied gemessen wird, der durch die Verhinderung der Abscheidung von γ-Al2O3auf dem Teil des Substrats mit einer physikalischen Maske entsteht.
    8. Bei einer Hochtemperaturabscheidung wird dieγ-Al2O3/SrTiO3-Heterostruktur mit einer Geschwindigkeit von 15 °C/min bei Abscheidedruck abgekühlt, ohne dass ein zusätzlicher Glühschritt durchgeführt wird.
    9. Nehmen Sie die Probe aus der Abscheidungskammer und stoppen Sie die elektrischen Messungen.
    10. Lagern Sie die Probe unter Vakuum, Stickstoff oder alternativ bei Umgebungsbedingungen. Der Abbau der Probe ist am langsamsten, wenn sie im Vakuum oder Stickstoffgelagert wird 20.

2. Kontrolle der Eigenschaften durch thermisches Glühen

  1. Montieren Sie die Probe mit Silberpaste auf einen Chipträger.
  2. Verbinden Sie die Probe elektrisch mit dem Chipträger, indem Sie beispielsweise das Keildrahtbonden von Al-Drähten in der Van-der-Pauw-Geometrie29 verwenden.
  3. Verbinden Sie den Chipträger elektrisch mit dem Messgerät, indem Sie einen Steckverbinder und Drähte mit thermisch beständiger Isolierung verwenden.
  4. Starten Sie die Schichtwiderstandsmessungen.
  5. Stellen Sie den mit der Probe bestückten Späneträger in einen geschlossenen Ofen.
  6. Spülen Sie gründlich mit dem zum Glühen verwendeten Gas und prüfen Sie, ob der Probenwiderstand empfindlich auf eine Änderung der Atmosphäre reagiert.
  7. Glühen Sie die Probe mit dem gewünschten Anlassprofil. Typische Glühtemperaturen liegen bei 50–250 °C bzw. 100–350 °C für a-LaAlO3/SrTiO3- bzw. γ-Al2O3/SrTiO3-Heterostrukturen, abhängig von der Dicke der Deckschicht und der gewünschten Sauerstoffeinbaurate.
    HINWEIS: Verwenden Sie wärmekompatiblere Optionen als Al-Drähte und Standard-Keramik-Chipträger, wenn Temperaturen über 350–400 °C erforderlich sind.
  8. Brechen Sie das Glühen ab, wenn eine gewünschte Änderung des Blechwiderstands eingetreten ist.
  9. Kühlen Sie die Probe ab, indem Sie die Temperatur senken, oder nehmen Sie die Probe heraus.
  10. Stoppen Sie die elektrischen Messungen.
    HINWEIS: Der Widerstand ist in der Regel temperaturabhängig, was berücksichtigt werden muss, wenn bestimmte Transporteigenschaften bei einer bestimmten Temperatur angestrebt werden.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Ergebnisse

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

Kontrolle der Eigenschaften durch Variation der Wachstumsbedingungen
Die Variation der Abscheideparameter während der Abscheidung von Oxiden kann zu einer großen Änderung der Eigenschaften führen, insbesondere für SrTiO3-basierte Heterostrukturen, wie in Abbildung 2 dargestellt.

figure-results-1

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Diskussion

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

Die hier beschriebenen Methoden beruhen auf der Verwendung des Sauerstoffgehalts zur Steuerung der Oxideigenschaften, wobei der Sauerstoffpartialdruck und die Betriebstemperatur daher kritische Parameter sind. Wenn der Gesamtoxidationszustand des Systems so eingestellt wird, dass das System in einem thermodynamischen Gleichgewicht mit der umgebenden Atmosphäre bleibt (d. h. pO2 bei hohen Temperaturen ändert), können die Änderungen reversibel sein. Im Fall von SrTiO-3-basierten Heterostrukturen werden Grenzfläc...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Offenlegungen

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

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Danksagungen

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

Die Autoren danken J. Geyti von der Technischen Universität Dänemark für seine technische Unterstützung. F. Trier bedankt sich für die Unterstützung durch das Forschungsstipendium VKR023371 (SPINOX) von VILLUM FONDEN. D. V. Christensen bedankt sich für die Unterstützung des NERD-Programms der Novo Nordisk Foundation: New Exploratory Research and Discovery, Superior Grant NNF21OC0068015.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
SrTiO3CrystecEinkristallin (001) orientiert, 0,05-0,2 Grad Fehlschnittwinkel
LaAlO3Shanghai Daheng Optics and Fine Mechanics Co.Ltd.Einkristallines
Al2O3Shanghai Daheng Optics and Fine Mechanics Co.Ltd.Einkristalline
Chemikalien und GaseStandardlieferanten
SilberpasteSPI Supplies, Structure Probe Inc05001-AB, Hochreine Silberfarbe
UltraschallgerätVWRUSC500D HF45kHz / 100W
KeildrahtbonderShenzhen Baixiangyuan Wissenschaft & Verifizierter Lieferant - Technology Co., Ltd.HS-853A Aluminiumdrahtbonder
Gepulste LaserabscheidungTwente Solid State Technologies (TSST)PLD von TSST mit Softwareversion V3.0.29, ausgestattet mit einem 248 nm KrF
Nanosekundenlaser (Compex Pro 205 F) von Coherent
Resistance MessaufbauSonderanfertigungenBasierend auf den folgenden elektrischen Instrumenten und speziell geschriebener Software:
Keithley 6221 Gleich- und Wechselstromquelle
Keithley 2182A Nanovoltmeter
Keithley 7001 Switch-System mit einer Matrixkarte
Keithley 6487 Pikoamperemeter
Hall-MessungenKryotechnikBasierend auf den folgenden elektrischen Instrumenten und kundenspezifisch geschriebener Software:
Keithley 2400 Gleichstromquelle
Keithley 2182A Nanovoltmeter
Keithley 7001 Switch-System mit Matrixkarte
Ofennach Maß MaßgeschneiderteSoftware Steuerung eines FTTF 500/70 Rohrofens von Scandia Ovnen AS und eines eurotherm 2216e Temperaturreglers

Referenzen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pavlenko, N., Kopp, T., Tsymbal, E. Y., Sawatzky, G. A., Mannhart, J. Magnetic and superconducting phases at the LaAlO3/SrTiO3 interface: The role of interfacial Ti 3d electrons. Physical Review B. 85 (2), 020407(2012).
  2. Schütz, P., et al. Microscopic origin of the mobility enhancement at a spinel/perovskite oxide heterointerface revealed by photoemission spectroscopy. Physical Review B. 96, 161409(2017).
  3. Choi, H., Song, J. D., Lee, K. -R., Kim, S. Correlated Visible-Light Absorption and Intrinsic Magnetism of SrTiO3 Due to Oxygen Deficiency: Bulk or Surface Effect. Inorganic Chemistry. 54 (8), 3759-3765 (2015).
  4. Frederikse, H. P. R., Hall Hosler, W. R. Mobility in SrTiO3. Physical Review. 161 (3), (1967).
  5. Schooley, J. F., Hosler, W. R., Cohen, M. L. Superconductivity in Semiconducting SrTiO3. Physical Review Letters. 12 (17), 474-475 (1964).
  6. Schooley, J. F., et al. Dependence of the Superconducting Transition Temperature on Carrier Concentration in Semiconducting SrTiO3. Physical Review Letters. 14 (9), 305-307 (1965).
  7. Coey, J. M. D., Venkatesan, M., Stamenov, P. Surface magnetism of strontium titanate. Journal of Physics: Condensed Matter. 28 (48), 485001(2016).
  8. Ohtomo, A., Hwang, H. Y. A high-mobility electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface. Nature. 427 (6973), 423-426 (2004).
  9. Thiel, S., Hammerl, G., Schmehl, A., Schneider, C. W., Mannhart, J. Tunable quasi-two-dimensional electron gases in oxide heterostructures. Science. 313 (5795), 1942-1945 (2006).
  10. Chen, Y. Z., et al. A high-mobility two-dimensional electron gas at the spinel/perovskite interface of γ-Al2O3/SrTiO3. Nature Communications. 4, 1371(2013).
  11. Caviglia, A. D., et al. Electric field control of the LaAlO3/SrTiO3 interface ground state. Nature. 456 (7222), 624-627 (2008).
  12. Christensen, D. V., et al. Electric field control of the γ-Al2O3/SrTiO3 interface conductivity at room temperature. Applied Physics Letters. 109 (2), 021602(2016).
  13. Chen, Y., et al. Creation of High Mobility Two-Dimensional Electron Gases via Strain Induced Polarization at an Otherwise Nonpolar Complex Oxide Interface. Nano Letters. 15 (3), 1849-1854 (2015).
  14. Bell, C., et al. Dominant Mobility Modulation by the Electric Field Effect at the LaAlO3/SrTiO3 Interface. Physical Review Letters. 103 (22), 226802(2009).
  15. Niu, W., et al. Giant Tunability of the Two-Dimensional Electron Gas at the Interface of γ-Al2O3/SrTiO3. Nano Letters. 17, 6878(2017).
  16. Cheng, G., et al. Electron pairing without superconductivity. Nature. 521 (7551), 196-199 (2015).
  17. Bi, F., et al. Room-temperature electronically-controlled ferromagnetism at the LaAlO3/SrTiO3 interface. Nature Communications. 5, (2014).
  18. Chen, Y., et al. Metallic and Insulating Interfaces of Amorphous SrTiO3-Based Oxide Heterostructures. Nano Letters. 11 (9), 3774-3778 (2011).
  19. Chen, Y. Z., et al. On the origin of metallic conductivity at the interface of LaAlO3/SrTiO3. Applied Surface Science. 258 (23), 9242-9245 (2012).
  20. Trier, F., et al. Degradation of the interfacial conductivity in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures during storage at controlled environments. Solid State Ionics. 230, 12-15 (2013).
  21. Christensen, D. V., Smith, A. Is γ-Al2O3 polar. Applied Surface Science. , 887-890 (2017).
  22. Gunkel, F., et al. Thermodynamic Ground States of Complex Oxide Heterointerfaces. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (1), 1086-1092 (2017).
  23. Christensen, D. V., et al. Controlling the carrier density of SrTiO3-based heterostructures with annealing. Advanced Electronic Materials. 1700026. , (2017).
  24. Connell, J. G., Isaac, B. J., Ekanayake, G. B., Strachan, D. R., Seo, S. S. A. Preparation of atomically flat SrTiO3 surfaces using a deionized-water leaching and thermal annealing procedure. Applied Physics Letters. 101 (25), 251607-251607 (2012).
  25. Koster, G., Kropman, B. L., Rijnders, G. J., Blank, D. H., Rogalla, H. Quasi-ideal strontium titanate crystal surfaces through formation of strontium hydroxide. Applied Physics Letters. 73 (20), 2920-2922 (1998).
  26. Komiyama, M., Gu, M. Atomic force microscopy images of MgO (100) and TiO2 (110) under water and aqueous aromatic molecule solutions. Applied Surface Science. 120 (100), 125-128 (1997).
  27. Kawasaki, M., et al. Atomic control of the SrTiO3 crystal surface. Science. 266 (5190), 1540-1542 (1994).
  28. Chambers, S. A., Droubay, T. C., Capan, C., Sun, G. Y. Unintentional F doping of SrTiO3(001) etched in HF acid-structure and electronic properties. Surface Science. 606 (001), 554-558 (2012).
  29. vander Pauw, L. J. A method of measuring specific resistivity and Hall effect of discs of arbitrary shape. Philips Research Reports. 13, 1-9 (1958).
  30. Chen, Y. Z., et al. Room Temperature Formation of High-Mobility Two-Dimensional Electron Gases at Crystalline Complex Oxide Interfaces. Advanced Materials. 26, (2013).
  31. Christensen, D. V., et al. Electron Mobility in γ-Al2O3/SrTiO3. Physical Review Applied. 9 (5), 054004(2018).
  32. Cen, C., et al. Nanoscale control of an interfacial metal-insulator transition at room temperature. Nature Materials. 7 (4), 298-302 (2008).
  33. Cen, C., Thiel, S., Mannhart, J., Levy, J. Oxide Nanoelectronics on Demand. Science. 323 (5917), 1026-1030 (2009).
  34. Xu, C., et al. Disentanglement of growth dynamic and thermodynamic effects in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures. Scientific Reports. 6, 22410(2016).
  35. Chambers, S. A. Understanding the mechanism of conductivity at the LaAlO3/SrTiO3(001) interface. Surface Science. 605 (001), 1133-1140 (2011).
  36. Nakagawa, N., Hwang, H. Y., Muller, D. A. Why some interfaces cannot be sharp. Nature Materials. 5 (3), 204-209 (2006).
  37. Sambri, A., et al. Plasma plume effects on the conductivity of amorphous-LaAlO3/SrTiO3 interfaces grown by pulsed laser deposition in O2. and Ar. Applied Physics Letters. 100 (23), 231605(2012).
  38. Biscaras, J., et al. Limit of the electrostatic doping in two-dimensional electron gases. of LaXO3(X = Al, Ti)/SrTiO3. Scientific Reports. 4, 6788(2014).
  39. Christensen, D. V., et al. Controlling interfacial states in amorphous/crystalline LaAlO3/SrTiO3 heterostructures by electric fields. Applied Physics Letters. 102 (2), 021602(2013).

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Nachdrucke und Genehmigungen

Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden

Genehmigung beantragen

Schlagwörter

Gepulste LaserabscheidungOxidd nnschichtenTemperprozessSrTiO3 HeterostrukturenAbstimmung der Ladungstr gerdichteelektrische Eigenschaftenmagnetische EigenschaftenDefektengineeringSubstratpr paration

Verwandte Artikel