Name: Una fabricación y método de medición de un elemento ferroeléctrico Flexible basado en heteroepitaxias de Van Der Waals (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 40 s
Description: Aprende a fabricar elementos ferroeléctricos flexibles mediante heteroepitaxia de Van der Waals sobre mica muscovita. Este protocolo utiliza PZT para desarrollar dispositivos de memoria con aplicaciones en electrónica flexible y wearable.

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Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (Grant no. 11402221 y 11502224), la simulación de estado clave laboratorio de intensa pulsada la radiación y efecto (SKLIPR1513) y Hunan Provincial clave de investigación y Plan de desarrollo (no. 2016 WK 2014).

1. fabricación de películas delgadas de PZT Flexible
<ol><li>Corte un substrato de mica de 1 cm x 1 cm de una hoja de mica con tijeras.</li>
	<li>Fijar este substrato de mica de 1 cm x 1 cm en un escritorio usando cinta de doble cara.</li>
	<li>Utilice unas pinzas para pelar apagado la mica capa-por-capa hasta el espesor deseado (50 μm), medida con un micrómetro.</li>
	<li>Pegue esto recién troceados substrato de mica en un portamuestras de sustrato de 5'' con una fina capa de pintura plateada y curar a 120 ° C sobre una placa caliente por 10 minutos fijar firmemente la mica en el substrato.</li>
	<li>Ponga el soporte del sustrato PLD (Pulsed Laser Deposition) en la cámara PLD.</li>
	<li>Seleccione la tasa de repetición (p. ej., 10 Hz) y laser (p. ej., 300 mJ) de energía.</li>
	<li>Mover la lente de enfoque a la posición.</li>
	<li>Abra el obturador y depositar 5 nm CoFe2O4 (CFO) [energía del Laser: 300 mJ, presión de oxígeno: 50 mTorr, temperatura de la muestra: 590 ° C, tiempo de deposición: 5min] película fina como una capa del almacenador intermediario mediante la activación del láser (figura 1).</li>
	<li>Depositar un 20-80 nm SrRuO3 (SRO) [energía del Laser: 300 mJ, presión de oxígeno: 100 mTorr, temperatura de la muestra: 680 ° C, tiempo de deposición: min 10-30] en la capa del almacenador intermediario del director financiero como el electrodo inferior para pruebas de rendimiento eléctrico posterior mediante la activación del láser ( Figura 1).</li>
	<li>Depósito a 150 nm PZT [energía del Laser: 300 mJ, presión de oxígeno: 100 mTorr, temperatura de la muestra: 650 ° C, el tiempo de deposición: 60 min] delgada película en la parte superior de electrodo inferior de SRO por disparo del láser (figura 1).</li>
	<li>Ventilar la cámara usando N2 y, retire la muestra PZT/mica (figura 2) cuando la temperatura alcanza la temperatura ambiente.</li>
	<li>Coloca la muestra sobre un trozo de vidrio.</li>
	<li>Poner una malla prediseñada con 200 μm de diámetro en la cima de la muestra. Fijar bien la malla y malla-muestra en la cámara de sputtering.</li>
	<li>Utilizar la C.C. que farfulla (10 mA, 8 mbar, 6 min) al depósito superior electrodos de Pt en la película. Retire la muestra después de la pulverización.</li>
	<li>Utilice un cuchillo o 20% ácido HF para eliminar una sección PZT de 1 x 1 mm. Se trata de descubrir el electrodo de SRO de fondo y forma muchos pequeños condensadores ferroeléctricos flexibles. Nota: Crecen SRO como el electrodo inferior y luego depositar Pt sobre los electrodos en las películas de DC sputtering para formar muchos pequeños condensadores para medir las propiedades electrónicas de la película fina de PZT, que se muestra en la figura 3.</li>
	<li>Pintar una capa de plata conductiva en el SRO expuesto para aumentar la conductividad del electrodo inferior SRO. Asegúrese de que la conductora de plata puede contactar con el SRO expuesto.</li>
</ol>2. Caracterización ferroeléctrico
<ol><li>Prueba de flexión<ol>
<li>En la parte posterior de la muestra flexible, pegue un pedazo de papel con el mismo tamaño que la muestra para facilitar la transferencia de la muestra de una etapa a otra.</li>
		<li>Lugar el PZT/mica en el tablero de prueba del ferroeléctrico prueba sistema y semiconductor dispositivo analizador.</li>
		<li>Poner una sonda de medición del ferroeléctrico prueba sistema y semiconductor dispositivo analizador en el electrodo superior Pt y poner la otra sonda de medición en la capa de plata-SRO a los lazos de histéresis de campo eléctrico de polarización (P-E) y curvas de campo de capacitancia eléctrica (C-E) mientras que la muestra es desplegada.<ol>
<li>Medir los lazos de histéresis P-E con las dos puntas de prueba a una frecuencia de 2 kHz y 4 curvas V. medida C-E con las dos puntas de prueba en una frecuencia de 1 MHz y 4 V. quitar la muestra desplegada.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Asegure la capa fina flexible de PZT/mica en el molde deseado usando cinta de doble cara. Tenga cuidado para evitar el resbalamiento/deslizamiento de mica durante la medición.</li>
		<li>Montarlo en el tablero de prueba del ferroeléctrico prueba sistema y semiconductor dispositivo analizador.</li>
		<li>Poner una punta de prueba en el electrodo superior Pt mientras que la otra punta de prueba toque el electrodo de SRO de parte inferior a través de la plata capa similar a la configuración utilizada anteriormente (paso 2.1.3).</li>
		<li>Medir los lazos de histéresis E P y C E curvas debajo de vario de tracción y compresión flexión radios (figura 4).<ol>
<li>Medir los lazos de histéresis P-E con las dos sondas en una frecuencia de 2 kHz y 4 curvas V. medida C-E con las dos puntas de prueba a una frecuencia de 1 MHz y 4 V.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Retire la muestra PZT flexible cuando finalicen las medidas P-E y C E.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Estabilidad térmica<ol>
<li>Poner el PZT/mica en el tablero de prueba del ferroeléctrico prueba sistema y semiconductor dispositivo analizador.</li>
		<li>Poner una sonda de medición en el electrodo superior Pt y poner la otra sonda de medición de la capa de plata-SRO.</li>
		<li>Abrir el sistema de control de temperatura para calentar la muestra.</li>
		<li>Realizar las mediciones de P E y C E a diferentes temperaturas (25 ° C, 50 ° C, 75 ° C, 100 ° C, 125 ° C, 150 ° C, 175 ° C).</li>
		<li>Apague la unidad del calentador después de las mediciones.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Flexión de etapa de pruebas<ol>
<li>Monte el PZT/mica flexible en las dos ranuras de esta configuración.</li>
		<li>Fijar un extremo de la muestra mientras está doblada desde el otro extremo con la ayuda de un motor.</li>
		<li>Utilice una regla para medir la longitud PZT/mica junto con la dirección del movimiento (flexión) del motor antes de lo 8 mm doblado proceso (figura 5).</li>
		<li>Calcular la longitud de movimiento C para la muestra de 5 mm según la fórmula de la curva: C=L-2Rsin(L/2R), donde L es la longitud de PZT/mica en estado desplegada, R es el radio de flexión, y C es la longitud de movimiento del motor.</li>
		<li>Establecer el número de ciclos (1000) de doblado en la computadora (figura 6).</li>
		<li>Haga clic en el botón de inicio (figura 6) para iniciar el movimiento del motor hacia adelante y hacia atrás.</li>
		<li>Retire la muestra y medir el P-E para comprobar si se mantienen las propiedades ferroeléctricas.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Kim, W. Y., Lee, H. C. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6112789/">Stable ferroelectric poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) film for flexible nonvolatile memory application.</a> IEEE Electron Device Letters. 33 (2), 260-262 (2012).</li>
<li>Mao, D., Quevedo-Lopez, M. A., Stiegler, H., Gnade, B. E., Alshareef, H. N. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566119910000650">Optimization of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) films as non-volatile memory for flexible electronics.</a> Organic Electronics. 11 (5), 925-932 (2010).</li>
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<li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Flexible%2C+All-Reduced+graphene+oxide+non-volatile+memory+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Flexible, All-Reduced graphene oxide non-volatile memory devices.</a> Advanced Materials. 25 (2), 233-238 (2013).</li>
<li>Ji, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+switching+characteristics+of+organic+nonvolatile+memory+on+a+bent+flexible+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Stable switching characteristics of organic nonvolatile memory on a bent flexible substrate.</a> Advanced Materials. 22 (28), 3071-3075 (2010).</li>
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<li>Bretos, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activated+Solutions+Enabling+Low-Temperature+processing+of+functional+ferroelectric+oxides+for+flexible+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Activated Solutions Enabling Low-Temperature processing of functional ferroelectric oxides for flexible electronics.</a> Advanced Materials. 26 (9), 1405-1409 (2014).</li>
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<li>Bakaul, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+speed+epitaxial+perovskite+memory+on+flexible+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">High speed epitaxial perovskite memory on flexible substrates.</a> Advanced Materials. 29 (11), 1605699-1605703 (2017).</li>
<li>Li, C. I., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.6b01180">Van der Waal epitaxy of flexible and transparent VO2 film on muscovite.</a> Chemistry of Materials. 28 (11), 3914-3919 (2016).</li>
<li>Ma, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4954172">Van der Waals epitaxy of functional MoO2 film on mica for flexible electronics.</a> Applied Physics Letters. 108 (25), 253104-253108 (2016).</li>
<li>Bitla, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxide+heteroepitaxy+for+flexible+optoelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Oxide heteroepitaxy for flexible optoelectronics.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (47), 32401-32407 (2016).</li>
<li>Wu, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heteroepitaxy+of+Fe3O4%2Fmuscovite%3A+A+new+perspective+for+flexible+spintronics%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Heteroepitaxy of Fe3O4/muscovite: A new perspective for flexible spintronics.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (49), 33794-33801 (2016).</li>
<li>Jiang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+ferroelectric+element+based+on+van+der+Waals+heteroepitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Flexible ferroelectric element based on van der Waals heteroepitaxy.</a> Science Advances. 3 (6), e1700121-e1700128 (2017).</li>
<li>Amrillah, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+multiferroic+bulk+heterojunction+with+giant+magnetoelectric+coupling+via+van+der+waals+epitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Flexible multiferroic bulk heterojunction with giant magnetoelectric coupling via van der waals epitaxy.</a> ACS Nano. 11 (6), 6122-6130 (2017).</li>
<li>Bitla, Y., Chu, Y. H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452262717300673">MICAtronics: A new platform for ﬂexible X-tronics.</a> Flat Chem. 3, 26-42 (2017).</li>
<li>Chu, Y. H. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/s41535-017-0069-9">Van der Waals oxide heteroepitaxy.</a> Quantum Materials. 2 (1), 67-71 (2017).</li>
</ol>

Los autores tienen intereses financieros que compiten a revelar.

El paso clave en la fabricación de elementos ferroeléctricos miente en el uso de una superficie limpia y plana incluso del sustrato. Aunque la superficie recién descamada mica es atómico lisa, es necesario prestar atención a la prevención de las superficies del sufrimiento visible fragmentación, fractura de capas, grietas, inclusiones, etc. después de la deposición de la capa PZT, la muestra se enfrió bajo un oxígeno alta presión (200-500 Torr) para reducir las vacantes de oxígeno. Ex situ superior elec...

La exitosa fabricación de elementos de memoria no volátil flexible (NVME) desempeña un papel clave en la explotación de todo el potencial de la electrónica flexible. NVME disponen de peso ligero, bajo costo, de baja potencia consumo, alta velocidad y capacidades de almacenamiento alta densidad además de almacenamiento de datos, procesamiento de la información y la comunicación. Perovskita Pb (Zr, Ti) O3 (PZT) actúa como un sistema popular para las aplicaciones teniendo en cuenta su gran polarización, polarización rápida conmutación, alta temperatura de Curie, bajo campo coercitivo y alto coeficiente piezoeléctrico. En memoria no volátil ferroeléctrico, un pulso de voltaje externo puede cambiar las polarizaciones dos remanente entre dos direcciones estables, representadas por '0' y '1'. Es no volátil, y puede completarse el proceso de lectura y escritura en nanosegundos. NVME base orgánica1,2,3,4,5,6 y inorgánicos7,8,9,10 ,11,12,13,14,15 materiales ferroeléctricos se han intentado sobre sustratos flexibles. Sin embargo, esta integración está limitada por no sólo la incapacidad de los sustratos de crecimiento de alta temperatura, pero también el rendimiento degradado, fuga de corriente y cortocircuitos debido a sus superficies más ásperas. A pesar de resultados prometedores, alternan estrategias como la reducción de sustrato8 y la transferencia de la capa epitaxial en un substrato flexible15 sufren viabilidad restringida ante el sofisticado proceso de varias fases, la imprevisibilidad de la transferencia y aplicabilidad limitada.
Por las razones ya mencionadas, es fundamental explorar un sustrato adecuado que es capaz de superar la limitada estabilidades térmicas y operacionales de substratos suaves para avanzar electrónica flexible. Una mica moscovita natural (KAl2(AlSi3O10) (OH)2) sustrato con características únicas como atómico alisar superficies, alta estabilidad térmica, inercia química, alta transparencia, flexibilidad mecánica, y compatibilidad con los métodos actuales de fabricación puede utilizarse para tratar eficazmente estas cuestiones. Más aún, la estructura de capas bidimensional de mica monoclínico apoya epitaxy de van der Waals, que mitiga el enrejado y coincidencia de condiciones, de tal modo perceptiblemente suprimir el sustrato efecto de sujeción térmico. Estas ventajas han sido explotadas en el crecimiento directo de óxidos funcionales16,17,18,19,20,21,22, 23 en mica recientemente, a la vista de aplicaciones para dispositivos flexibles.
Adjunto, describimos un protocolo para directamente crecimiento epitaxial todavía flexible plomo circonio titanato (PZT) de películas delgadas de mica moscovita. Esto se logra mediante un proceso de deposición pulsada del laser depende de las propiedades versátiles de mica, lo que resulta en heteroepitaxias de van der Waals. Tales estructuras prefabricadas conservar todas las propiedades superiores de PZT epitaxial en sustratos rígidos de cristalinos únicos y exhibe excelentes estabilidades térmicas y mecánicas. Este enfoque simple y fiable ofrece una ventaja tecnológica sobre multietapa-transferencia y estrategias de reducción de sustrato y facilita el desarrollo de elementos de la tan esperada flexible pero monocristalino memoria prerrequisitos para dispositivos inteligentes de última generación con un alto rendimiento.

<table><tbody><tr><td><Equipo > fuerte< / placa caliente fuerte Sistema ></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td> pulido <td>P-20</td><td></td></tr><tr><td>PLD</td><td>Productos PVD</td><td>PLD 5000</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de prueba ferroeléctrico&nbsp;</td><td>Estaciones de trabajo Precisions de Radiant Technologies&nbsp;</td><td>RT66A</td> Analizador de <td></td></tr><tr><td>dispositivos semiconductores&nbsp;</td><td>Agilent&nbsp;</td><td>B1500A Moldes</td><td></td></tr><tr><td>de flexión</td><td>material de</td><td></td><td>teflón mecanizado</td>hecho en casa</tr><tr><td>Etapa de flexión</td> configuración <td>interconectada Labview construida</td><td></td><td>en casa</td> que proporciona un desplazamiento de presión tan pequeño como 1 micrómetro</tr><tr><td>Sistema de pulverización catódica</td><td>Beijing &nbsp; Elaboradas</td><td>láminas ETD-3000</td><td></td></tr><tr><td>Materials</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>mica(001)</td><td>Nilaco corporation&nbsp;</td><td></td><td></td>990066</tr> pintura <tr><td>de plata conductora</td><td>Ted Pella, INC</td><td>No.16033</td><td></td></tr><tr><td>CoFe2O4 objetivo</td><td>Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SrRuO3</td><td>objetivo Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PbZr0.2Ti0.8O3 objetivo</td><td>Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Objetivo</td><td>Pt Hefei Ke jing</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

una fabricación y método de medición de un elemento ferroeléctrico flexible basado en heteroepitaxias de van der waals

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

Memorias no volátiles flexibles han recibido mucha atención como son aplicables para dispositivo electrónico inteligente portátil en el futuro, confiando en las capacidades de bajo consumo de energía y almacenamiento de datos de alta densidad. Sin embargo, la memoria no volátil de óxido de alta calidad basado en los substratos flexibles es a menudo limitada por las características del material y el proceso de fabricación de alta temperatura inevitable. En este trabajo, se propone un protocolo directamente crecimiento epitaxial pero flexible plomo circonio titanato memoria elemento de mica moscovita. El método de medición y técnica de deposición versátil permiten la fabricación de elementos de memoria no volátil flexible pero monocristalino necesarios para la próxima generación de dispositivos inteligentes.

Las películas delgadas de PZT/SRO/CFO/mica epitaxiales fueron depositadas con la técnica de deposición pulsada del laser como se indica en el paso 1. La figura 1 muestra el esquema de crecimiento y la figura 2 muestra un elemento real de NVM flexible basado en el PZT.

Estabilidad mecánica es un aspecto crucial de la aplicación de dispositivos flexibles. Se evalú...

En este trabajo, presentamos un protocolo directamente creciendo un epitaxial todavía elemento de memoria de titanato de circonio de cable flexible en la mica moscovita.

Una fabricación y método de medición de un elemento ferroeléctrico Flexible basado en heteroepitaxias de Van Der Waals

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Un Método de Fabricación y Medición para Elementos Ferroeléctricos Flexibles basado en la Heteroepitaxia de van der Waals.Introducción. Fabricación de películas delgadas flexibles de PZT. Corta un sustrato de mica de un centímetro por un centímetro de una hoja de mica con unas tijeras.Fije este sustrato de mica de un centímetro por un centímetro en un escritorio, usando cinta adhesiva de doble cara. Use pinzas para despegar la mica, capa por capa, hasta obtener el grosor deseado, medido con un micrómetro. Pegue este sustrato de mica recién cortado en un soporte de sustrato de cinco pulgadas, usando una capa delgada de pintura plateada, y cúrelo a 120 grados centígrados en una placa caliente durante 10 minutos para fijar la mica en un sustrato firmemente.Coloque el soporte de sustrato PLD en la cámara PLD. Seleccione la velocidad de repetición y la energía del láser. Mueva la lente de enfoque a la posición establecida.Abra el shatter y deposite una película delgada CFO de cinco milímetros como capa amortiguadora, activando el láser. Deposite un SRO de 20 a 18 milímetros en la capa tampón SAFO como electrodo inferior para las pruebas de rendimiento eléctrico posteriores, disparando e

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Investigación

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Engineering

Ingeniería

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Aprende a fabricar elementos ferroeléctricos flexibles mediante heteroepitaxia de Van der Waals sobre mica muscovita. Este protocolo utiliza PZT para desarrollar dispositivos de memoria con aplicaciones en electrónica flexible y wearable.

Una fabricación y método de medición de un elemento ferroeléctrico Flexible basado en heteroepitaxias de Van Der Waals

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