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Radio frecuencia de magnetrón Sputtering de GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Films Sr0.33MnO3 cuasi-bicapa sobre sustratos de monocristal SrTiO3 (STO)

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DOI:

10.3791/58069

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12 de abril de 2019

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1Department of Physics, Mathematics, Shanghai Key Laboratory of Materials Protection and Advanced Materials in Electric Power, Shanghai University of Electric Power, 2Key Laboratory of Artificial Structure and Quantum Control, Ministry of Education, Department of Physics, Shanghai Jiao Tong University, 3Shanghai Institute of Space Power-sources, 4Shanghai Key Laboratory of High Temperature Superconductors, Shanghai University

En este artículo

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para producir nanopartículas LSMO y (Gd) BCO películas SrTiO (001)3 (STO) monocristal sustratos por radio frecuencia (RF)-sputtering.

Resumen

Aquí, demostramos un método de revestimiento ferromagnético La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanopartículas en los sustratos de monocristal de3 (STO) de SrTiO (001) por radio frecuencia (RF) magnetrón sputtering. Nanopartículas LSMO fueron depositadas con diámetros de 10 a 20 nm y alturas entre 20 y 50 nm. Al mismo tiempo, (Gd) Ba2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) películas fueron fabricadas en dos sin decorar y nanopartículas LSMO decoración sustratos STO usando la farfulla del magnetrón RF. Este informe también describe las propiedades de la GdBa2Cu3O7−δ/ películas de cuasi-bicapa La0.67Sr0.33MnO3 estructuras (p. ej., fase cristalina, morfología composición química); magnetización, magneto-transporte y propiedades superconductoras de transporte también fueron evaluadas.

Introducción

La Manganita dopada de agujero La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) tienen propiedades únicas, tales como banda ancha boquetes, medio metálico ferromagnetismo y enredado Estados electrónicos, que ofrecen oportunidades extraordinarias para el potencial spintrónicos aplicaciones1,2,3,4. Actualmente, muchos investigadores están tratando de tomar ventaja de las propiedades únicas de LSMO habitar el movimiento de vórtice para las películas de (HTS) superconductores de alta temperatura, tales como (RE) Ba2Cu3O7−δ films (REBCO, RE = elemento de tierra rara –)5,6,7,8,9,10,11,12. Nanoescala decoración de las superficies de sustrato con nanopartículas ferromagnéticas proporcionará sitios bien definidos para la inducción magnéticos fijar centros de densidad previsto13,14. Sin embargo, la capacidad para controlar la densidad y la geometría de las nanopartículas en las superficies muy texturadas, como sustratos de monocristal y sustratos metálicos altamente texturizados es muy difícil. Comúnmente, nanopartículas se sintetizan y cubierta en superficies con métodos de descomposición orgánica metal15y pulsada láser deposición métodos16,17. Aunque métodos de deposición de pulso láser pueden proporcionar nanopartículas recubiertas en los varios substratos, es difícil realizar la deposición de nanopartículas homogénea de gran área. En cuanto a métodos de descomposición orgánica metálicos, son adecuados para la deposición de gran superficie de nanopartículas. Sin embargo, las nanopartículas son a menudo no uniforme y fácilmente dañados por pequeñas tensiones físicas.

Entre estas técnicas, RF magnetron sputtering tiene muchas ventajas. Farfulla tiene una tasa de deposición alta, bajo costo y la falta de emisión de gas tóxico. Además, es fácil de ampliar a gran escala zona sustratos18,19. Este método proporciona formación solo paso de La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanopartículas y las nanopartículas son fáciles de ser depositados en los substratos del solo-cristal. RF magnetron sputtering puede crear nanopartículas área uniformemente en una amplia gama de substratos, independientemente de la textura de la superficie y rugosidad de la superficie20. Se logra el control de la partícula por ajuste tiempo farfulla. Se logra homogeneidad por ajustar distancia de substrato objetivo. La desventaja de RF magnetron sputtering es su baja tasa de crecimiento de algunos óxidos21. En este enfoque, objetivo átomos (o moléculas) se escupió fuera el destino por iones de argón, y luego las nanopartículas se depositan sobre sustratos en la fase vapor del22. Formación de nanopartículas se produce en el sustrato en un solo paso23. Este método es teóricamente aplicable a cualquier material incluyendo película delgada superconductora, resistencia película, película de semiconductor, película delgada ferromagnética etc. sin embargo, hasta la fecha, informes sobre los protocolos para depositar ferromagnéticos las nanopartículas son muy escasas.

Aquí, demostramos la deposición de la GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 cuasi-bicapa películas sobre sustratos de monocristal SrTiO3 (STO) por RF sputtering magnetrón método. Se utilizan dos tipos de materiales de la blanco, GdBa2Cu3O7−δ y La0.67Sr0.33MnO3 objetivo en el proceso. Sustratos de monocristal SrTiO3 (STO) estuvieron cubiertos con películas de GdBa2Cu3O7−δy GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr 0.33 MnO3 películas de cuasi-bicapa.

En este protocolo, GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 cuasi-bicapa películas se depositan con magnetrón RF sputtering sobre sustratos STO (001). El diámetro del objetivo es de 60 mm y la distancia entre el objetivo y sustratos es de unos 10 cm. Los calentadores son bulbos situados 1 cm por encima de los sustratos. La temperatura máxima es de 850° C en este sistema. Hay 5 diferentes sustratos en este sistema. GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 cuasi-bicapa películas de la farfulla del magnetrón de RF consta de dos pasos, que son la preparación de sustratos y el magnetrón de RF proceso de la farfulla. Una imagen del sistema pulverización catódica se muestra en la figura S1.

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Protocolo

1. sustrato y preparación del objetivo

Nota: Esta sección describe la preparación de la cámara de deposición catódica y los substratos monocristalinos SrTiO3 (STO).

  1. Utilizar sustratos de 10 x 10 mm SrTiO3 (STO) solo-cristal durante el proceso de la farfulla del magnetrón de RF.
  2. Limpiar secuencialmente los sustratos en isopropanol y agua desionizada durante 10 min a temperatura ambiente en baño de ultrasonidos. Luego seca los sustratos con nitrógeno, que es para uniforme que cubre el sustrato y la adherencia de buena película.
  3. Monte los sustratos STO (001) en los soportes del sustrato con el adhesivo conductor de plata del polvo. Carga en la cámara de vacío.
  4. Monte el objetivo LSMO en la pistola de inyección de magnetrón y luego vuelva a montar el arma. Probar la resistencia con un ohmetro, para evitar un corto circuito entre el magnetrón y el escudo circundante. Cerrar que se cierra la cámara de vacío y la bomba abajo.
  5. Una vez que el vacío es menor que 1 x 10-4 Pa, calor de los sustratos a 850 ° C con una velocidad de calentamiento de 15 ° C/min conjunto la distancia objetivo-sustrato a 8 cm.
  6. Ajuste el regulador de flujo de masa a 10 sccm de O y 5 sccm de Ar como flujo de gas. Utilizar Ar / O mezcla de gas para mantener relación catiónica O (3) para La0.67Sr0.33MnO3 material durante el crecimiento.
  7. Antes de la deposición, Farfullar previamente el objetivo LSMO por 20 min a 30 W. alta potencia dará lugar a grietas en el destino y uso de baja potencia conducirá a más tiempo para una superficie limpia, así que elegimos a 20 min de 30 w.

2. LSMO deposición de nanopartículas

Nota: Esta sección describe la deposición de las nanopartículas LSMO por RF magnetron sputtering.

  1. Para obtener una presión de 25 Pa, ajuste la válvula de la tablilla de bomba molecular. Si el valor de la instantáneo se está convirtiendo en más de 25 Pa, gire en sentido antihorario; Si se está volviendo más pequeño que 25Pa, gírelo hacia la derecha. Continuar hasta que la presión a un valor estable.
  2. Comprobar que la temperatura del substrato permanece a 850 ° C y es estable.
  3. Aumentar la potencia de magnetrón de 30 a 80 w. Espere 10 minutos, hasta que el plasma se estabiliza.
  4. Abra el obturador y depósito LSMO en el substrato caliente.
    Nota: Utilizamos farfulla tiempos de 5, 10, 30 y 60 s para cuatro muestras.
  5. Cerrar el obturador. Apague la energía en el magnetrón. Cierre la válvula de gas y calentador apagará.
  6. Enfriar las muestras a temperatura ambiente. Inusualmente, esto toma al menos dos horas en este sistema. Ventilar la cámara con nitrógeno seco, abrirlo y extraer las muestras.

3. GdBa2Cu3O deposición de película de7−δ

  1. Montar el GdBa2Cu3O7−δobjetivo de la pistola del magnetrón, y luego vuelva a montar el arma. Depositar cualquier películas (Gd) BCO, siguiendo pasos similares a los pasos 1.4-2.8. Uso de similares condiciones de deposición de películas (Gd) BCO en cuanto a las nanopartículas LSMO, excepto el tiempo farfulla que debe ser 30 minutos. Después de esto, el crecimiento será más, y paso siguiente es el recocido posterior.
  2. Disminuir la temperatura de la muestra a 500° C. A continuación, abra la válvula de gas para el oxígeno dar una presión en la cámara de 75.000 PA mantener las muestras a esta temperatura durante una hora.
    Nota: La temperatura de 500 ° C y una presión de cámara de 75.000 Pa son uniformemente lograr nanopartículas LSMO.
  3. Enfriar las muestras a temperatura ambiente. Ventilar la cámara con nitrógeno seco, abrirlo y extraer las muestras.

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Resultados

El espesor de las películas (Gd) BCO en ambos desnudos y LSMO decorado STO sustrato fue 500nm, que fue medido por un Perfilómetro de superficie. El espesor de la película fue controlado por pulverización tiempo. Figura 1a b muestra la imagen AFM de LSMO nanopartículas (farfulla de tiempo de 10 s) sobre sustratos STO solo-cristal de 1,0 x 1,0 cm para probar que las nanopartículas LSMO cultivadas en substratos STO uniformemente. La superficie y...

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Discusión

Aquí hemos demostrado que este método puede usarse para preparar nanopartículas ferromagnéticas LSMO de distribución uniforme en el SrTiO3 sustratos de monocristal (STO). Las películas (Gd) BCO también pueden depositarse en ambos desnudos y LSMO decoradas sustrato STO. Con un ajuste apropiado de parámetros depositados, tales como las temperaturas de crecimiento y distancia de destino-sustrato, este método debería ser útil para depositadas diferentes tipos de () YSZ magnéticos y no magnéticos partículas o capas...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (no. 51502168; No.11504227) y la Fundación de Ciencias naturales Municipal de Shanghai (No.16ZR1413600). Los autores agradecen con gratitud el laboratorio analítico Instrumental centro análisis de Shanghai Jiao Tong University y Ma-tek para asistencia técnica competente.

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Materiales

3
Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Sistema de deposición por pulverización catódicaShenyang Instrumentos científicos Limited by Share Ltd
Hefei Ke tecnología de material de cristal Co., LtdOrientación epi-pulida001)
La0.67Sr0.33MnO3 objeto de pulverización catódicaMaterial de cristal Hefei Ke tecnología Co., LtdA medidade 60 mm de diámetro
GdBa2Cu3O7− δ objetivo de pulverización catódicaHefei Ke crystal material technology Co., Ltd
Microscopio de fuerza atómicade diámetro Brü DimensionIcon
Difractómetro de rayos XBrü kerD8 Discover
Sistema de Medición de Propiedades FísicasQuantum DesignPPMS 9
Sustrato monocristalino SrTiO a medida (de una cara a medida de 60 mm

Referencias

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