Crecimiento epitaxial de perovskita del titanato de estroncio en el germanio a través de deposición de capas atómicas

Edward L. Lin; Bryce I. Edmondson; Shen Hu; John G. Ekerdt

doi:10.3791/54268

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Artículo de método

Crecimiento epitaxial de perovskita del titanato de estroncio en el germanio a través de deposición de capas atómicas

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DOI:

10.3791/54268

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26 de julio de 2016

Edward L. Lin¹ , Bryce I. Edmondson¹ , Shen Hu¹ , John G. Ekerdt¹

¹McKetta Department of Chemical Engineering, The University of Texas at Austin

En este artículo

Resumen

Este trabajo detalla los procedimientos para el crecimiento y caracterización de SrTiO cristalina ₃ directamente sobre sustratos de germanio por deposición de capas atómicas. El procedimiento ilustra la capacidad de un método de crecimiento de todos los productos químicos para integrar óxidos monolíticamente en semiconductores para dispositivos semiconductores de óxido de metal.

Resumen

La deposición de capas atómicas (ALD) es un método de deposición utilizado comercialmente para materiales electrónicos. El crecimiento de ALD de películas delgadas ofrece control de espesor y conformidad al aprovechar las reacciones autolimitadas entre los precursores de la fase de vapor y la película en crecimiento. Los óxidos de perovskita presentan potencial para los materiales electrónicos de próxima generación, pero hasta la fecha se han depositado principalmente por métodos físicos. Este trabajo describe un método para depositar SrTiO₃ (STO) en germanio usando ALD. El germanio tiene movilidades portadoras más altas que el silicio y, por lo tanto, ofrece un material semiconductor alternativo con un funcionamiento más rápido del dispositivo. Este método aprovecha la inestabilidad del óxido nativo del germanio mediante el uso de la desoxidación térmica para limpiar y reconstruir la superficie de Ge (001) a la estructura 2×1. A continuación, el STO amorfo de 2 nm de espesor es depositado por ALD. La película STO se recoce bajo un vacío ultra alto y se cristaliza en la superficie de Ge reconstruida. La difracción de electrones de alta energía por reflexión (RHEED) se utiliza durante este paso de recocido para monitorear la cristalización de STO. La capa delgada y cristalina de STO actúa como una plantilla para el crecimiento subsiguiente de STO que es cristalino tal como crece, como lo confirma RHEED. in situ La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X se utiliza para verificar la estequiometría de la película antes y después de la etapa de recocido, así como después del crecimiento posterior de STO. Este procedimiento proporciona un marco para que los óxidos de perovskita adicionales se depositen en los semiconductores a través de métodos químicos, además de la integración de heteroestructuras más sofisticadas que ya se pueden lograr mediante métodos físicos.

Introducción

materiales de perovskita son cada vez más atractivos debido a su estructura cúbica o pseudocúbico altamente simétrica y miríada de propiedades. Estos materiales, con la fórmula general ABO _3, constan de átomos de una manera coordinada con 12 átomos de oxígeno y átomos de B coordinados con seis átomos de oxígeno. Debido a su estructura simple, pero amplia gama de elementos potenciales, los materiales de perovskita proporcionan candidatos ideales para los dispositivos de heteroestructura. Heteroestructuras de óxido Epitaxial cuentan ferromagnético, ^{^{^1-3}} contra / ferroeléctrico, ⁴ multiferroico, ^{^{^5-8}}