Name: המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: למד כיצד לבנות סרטי תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית למדידות הולכת אלקטרונים באמצעות שיקוע לייזר פולס וטכניקות פוטוליתוגרפיה. שיטה זו מאפשרת לבודד דומיינים אלקטרוניים ולחקור תכונות הולכה ייחודיות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מאמץ זה נתמך מלא על ידי משרד האנרגיה האמריקאי, המשרד למדעי יסוד אנרגיה, מדעי חומרים ואגף הנדסה.

1. ייצור צמיחת מדגם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה 5 מ&quot;מ x 5 מ&quot;מ x 0.5 מ&quot;מ מצע גביש יחיד שיש לו זווית miscut &lt;0.1 תואר כגון SrTiO 3 או LaAlO 3 עם אצטון ולאחר מכן במים נקיים קולית לכל 10 דקות. כדי לקבל הפסקת טיו 2 על 3 SrTiO, לחרוט במצע 10% המימן פלואורי למשך 30 שניות ולשטוף במים במשך דקות 1, ואחריו לחשל ב1,100 מעלות צלזיוס למשך 10 שעות. לאחר ניקוי, לעלות על המצע בתנור מתאים לתנאי ואקום גבוהים במיוחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר דוד לתוך תא ואקום PLD ולפתוח את מקור חמצן התא כדי למלא את החדר עם 2 x חמצן 10E-5 טור. להעלות את טמפרטורת התנור ל 800 מעלות צלזיוס ולאפשר לו לחשל למשך 20 דקות. ניתן לנטר טמפרטורה באמצעות pyrometer מבוקר מחשב או תרמי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להתחיל סרט בתצהיר, להתחיל excimer פעמו לייזר באמצעות לייזר שטף של 1 עד 2 J / 2 ס&quot;מ ותדר לייזר של 1או 2 הרץ. את פעימות לייזר תפגענה בחומר היעד וליצור שטף פלומה. השטף יחדור דרך סביבת החמצן וההפקדה על גבי מצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתברות אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה השתקפות (RHEED) יכולה לשמש כדי לפקח על צמיחת תאי יחידה ולאשר את איכות פני השטח 7. טכניקה זו מאפשרת לניטור עובי מאוד ברור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר הסרט הוא של העובי הרצוי, כבה את לייזר ולהקטין את טמפרטורת התנור ב 5 מעלות צלזיוס / דקה. ברגע שהדוד הוא מקורר לטמפרטורת חדר, כבה את מקור החמצן ולהסיר את המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באתרו לשעבר חישול ניתן להשתמש בחומרי תחמוצת חמצן כדי להסיר ליקויים שעלולות להיות נוכחים לאחר צמיחה או אחרי תקופות ארוכות בחלל ריק. הנח את הדוגמא בתנור צינור מתחת לכספומט של 1 זורם חמצן. להעלות את הטמפרטורה מ -20 ° C עד 700 ° C ב 5 מעלות צלזיוס / דקות, לחשל במשך שעה 2, ולאחר מכן ירידת טמפרטורה מ 700 מעלות צלזיוס עד 20 מעלות צלזיוס בשעה 2 מעלות צלזיוס / דקה. לא חשובטה הוא אף פעם לא לפרסם-לחשל בטמפרטורות גבוהות יותר מאלה ששמשו במהלך צמיחת סרט בעת מילוי משרות פנויות חמצן כמו זה יכול להשפיע לרעה על איכות פני השטח ועלול להשפיע לרעה על איכות גביש. </li></ol> 2. ייצור photolithography <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Ultrasonically לנקות את המדגם באצטון ולאחר מכן מים במשך 10 דקות כל אחד. מיקרוסקופ אופטי יכול לשמש כדי לבדוק ששטח המדגם הוא נקי מחלקיקים גדולים. (איור 2 א) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין מעיל שכבה העבה photoresist 1 מיקרון. מהירות סחיטה טיפוסית ומשך זמן הם סביב 6,000 סל&quot;ד ו 80 שניות אם כי המספרים האלה הם תלויים בphotoresist הספציפי בשימוש. מניחים את המדגם על צלחת בחום 115 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות כדי לרפא photoresist. בדקו את איכות photoresist תחת מיקרוסקופ אופטי. הציפוי אמור להופיע אחיד ללא מבעבע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש aligner מסכה על מנת לחשוף את הדגימה תחת מסכת הליתוגרפיה מוגדרת מראש עם אור UV במשך 9 שניות עם מינון חשיפהסביב 90 mJ / 2 ס&quot;מ. שוב מספרים אלה יהיו ספציפיים לphotoresist בשימוש. כאשר נעשה שימוש בphotoresist החיובי, חלק מphotoresist אשר מכוסה על ידי המסכה לא ישתנה הרכוש הכימי שלו ואילו חלק מיחסי הציבור שנחשף על ידי המסיכה ישתנה הרכוש והוא יכול להיות מומס במפתח הכימי. מחממים את photoresist והמדגם ב 110 מעלות צלזיוס למשך 80 שניות כדי לרפא photoresist החשוף עוד יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את המדגם בפתרון מפתח ל25-35 שניות. קח את המדגם באופן מיידי ולשטוף במים למשך 30 שניות. אם נעשה שימוש photoresist החיובי, חלק מphotoresist אשר נחשף על ידי המסכה יהיה נשטף ואילו החלק שמכוסה יישאר. שימו לב שמשך הזמן של שלב הפיתוח הוא קריטי כדי לשלוט במדויק את ממדי photoresist ואיכות (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להכין תמיסה של יודיד האשלגן, חומצה הידרוכלורית ומים של יחס 01:01:01. השתמש בפינצטה פלסטיק כדי לשטוף tהוא המדגם בחומצה לכ 10 שניות. החלק מוגן של הסרט הדק יהיה חקוק משם. מייד לשטוף את המדגם במים טהורים למשך 60 שניות. בדקו עם מיקרוסקופ אופטי כדי לראות אם הסרט הדק נצרב לחלוטין. אם לא, להוסיף 2 עד 3 שניות נוספות של חומצה לחרוט ולשוטפו מייד במים טהורים, ולאחר מכן לבדוק שוב עם מיקרוסקופ אופטי. חזור על תהליך זה עד שכל הסרט לא מוגן חקוק שם. תהליך זה נשלטת על ידי כוח etchant ועובי סרט. שיעורים לחרוט אופייניים עבור manganites רבים כ 1-4 ננומטר / שני ליחס 01:01:01 הפתרון שתואר לעיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את המדגם באצטון במשך 20 שניות כדי להסיר photoresist הנותר. בדקו את איכות הדגימה עם מיקרוסקופ (איור 2 ג ו 2D). </li></ol> 3. חיבור חוט מליטה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות צילום מסיכה, חזור על שלבי 2.1-2.3 לעיל באמצעות מסכת הליתוגרפיה שישאירו את אזורים פתוחים בחוטים המתאימים למגערפידות. להתאדות 5 ננומטר וטי 100 ננומטר Au על המדגם ולשטוף באצטון. הפעולה זו תסיר את photoresist ולהשאיר רק את הגיאומטריה כרית הקשר הרצויה (איור 3 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש לכה GE לעלות מדגם על דיסקוס המדגם. לאפשר 15 דקות כדי לרפא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את מיקום הדגימה על הבמה ונדר חוט ולהשתמש בונדר החוט כדי לחבר חוטים מאל דיסקוס המדגם לאנשי קשר Ti / Au (איור 3). לאחר מכן לבצע מדידות חשמליות. </li></ol>

<ol><li>Ahn, C. H., Triscone, J. -M., Mannhart, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+field+effect+in+correlated+oxide+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Electric field effect in correlated oxide systems.</a> Nature. 424, 1015-1018 (2003).</li>
<li>Basov, D. N., Averitt, R. D., Van der Marel, D., Dressel, M., Haule, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodynamics+of+correlated+electron+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+of+Modern+Physics%22%5BJournal%5D)">Electrodynamics of correlated electron materials.</a> Reviews of Modern Physics. 83, 471-541 (2011).</li>
<li>Waser, R., Aono, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoionics-based+resistive+switching+memories%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Nanoionics-based resistive switching memories.</a> Nat. Mater. 6, 833-840 (2007).</li>
<li>Willmott, P. R., Huber, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+laser+vaporization+and+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">Pulsed laser vaporization and deposition.</a> Rev. Mod. Phys. 72, 315-328 (2000).</li>
<li>Eres, H. M. C., G, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+pulsed-laser+deposition+of+complex+oxides%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics%3A+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">Recent advances in pulsed-laser deposition of complex oxides.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 20, 264005(2008).</li>
<li>Ding, J. F., Jin, K. X., Zhang, Z., Wu, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dependence+of+negative+differential+resistance+on+electronic+phase+separation+in+unpatterned+manganite+films%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Dependence of negative differential resistance on electronic phase separation in unpatterned manganite films.</a> Applied Physics Letters. 100, 62402-62404 (2012).</li>
<li>Ichimiya, A., I, P. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aIchimiya%2C+A+%22Reflection+High+Energy+Electron+Diffraction%22">Reflection High Energy Electron Diffraction</a>. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2004).</li>
<li>Guo, H., Sun, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+diagram+of+La0.7Sr0.3MnO3+thin+films+using+pulsed+laser+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">Growth diagram of La0.7Sr0.3MnO3 thin films using pulsed laser deposition.</a> arXiv. , 1210.5989(2012).</li>
<li>Ward, T. Z., Gai, Z., Guo, H. W., Yin, L. F., Shen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+a+first-order+electronic+phase+transition+in+manganites%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Dynamics of a first-order electronic phase transition in manganites.</a> Physical Review B. 83, 125125(2011).</li>
<li>Ward, T. Z., Liang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reemergent+Metal-Insulator+Transitions+in+Manganites+Exposed+with+Spatial+Confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Reemergent Metal-Insulator Transitions in Manganites Exposed with Spatial Confinement.</a> Physical Review Letters. 100, 247204(2008).</li>
<li>Ward, T. Z., Zhang, X. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-Resolved+Electronic+Phase+Transitions+in+Manganites%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Time-Resolved Electronic Phase Transitions in Manganites.</a> Physical Review Letters. 102, 87201(2009).</li>
<li>Zhai, H. -Y., Ma, J. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Giant+Discrete+Steps+in+Metal-Insulator+Transition+in+Perovskite+Manganite+Wires%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Giant Discrete Steps in Metal-Insulator Transition in Perovskite Manganite Wires.</a> Physical Review Letters. 97, 167201(2006).</li>
<li>Wu, T., Mitchell, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creation+and+annihilation+of+conducting+filaments+in+mesoscopic+manganite+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Creation and annihilation of conducting filaments in mesoscopic manganite structures.</a> Physical Review B. 74, 214423(2006).</li>
<li>Altissimo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((E-beam+lithography+for+micro-%2Fnanofabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">E-beam lithography for micro-/nanofabrication.</a> Biomicrofluidics. 4, 26503-26506 (2010).</li>
<li>Watt, F., Bettiol, A. A., Van Kan, J. A., Teo, E. J., Breese, M. B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion+Beam+Lithography+and+Nanofabrication%3A+A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Nanoscience%22%5BJournal%5D)">Ion Beam Lithography and Nanofabrication: A Review.</a> International Journal of Nanoscience. 4, 269-286 (2005).</li>
<li>Urban, J. J., Yun, W. S., Gu, Q., Park, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+single-crystalline+perovskite+nanorods+composed+of+barium+titanate+and+strontium+titanate%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Synthesis of single-crystalline perovskite nanorods composed of barium titanate and strontium titanate.</a> J. Am. Chem. Soc. 124, 1186-1187 (2002).</li>
<li>Wang, Y., Fan, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+origin+of+different+magnetic+properties+in+nanosized+Ca0.82La0.18MnO3%3A+Wires+versus+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">The origin of different magnetic properties in nanosized Ca0.82La0.18MnO3: Wires versus particles.</a> Applied Physics Letters. 98, 142502(2011).</li>
</ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

בניגוד לחומרים מוליכים למחצה אלמנט אחד כגון סי, הייצור של חומרים מורכבים יכול להיות קשה יותר בשל העובדה שהמבנה המורכב ומרובים אלמנטים חייבים כל להילקח בחשבון. השימוש בphotolithography כדי להמציא מכשירי תחמוצת מורכבים הוא עלות ומהירה לאב טיפוס בניגוד לטכניקות כליאה אחרות נמוכות יחסית. יש עם זאת כמה מגבלות חשובות להבין. יש photolithography הגבלה מרחבית ליצירת מבנים של כ 1 מיקרון ולכן אינו מתאים לייצור מכשיר באמת בקנה מידה ננומטרי. כמו כן חשוב היא העובדה שחספוס נובע מקצה תהליך איכול ...

הראשון ואחד הצעדים החשובים ביותר לכיוון מכשירים באיכות גבוהה הוא הצמיחה של סרטים דקים תחמוצת epitaxial. מצע גביש יחיד משמש כ&quot; תבנית &quot;להפקיד את חומרי היעד. בין שיטות שונות בתצהיר, פעם תצהיר לייזר (PLD) הוא אחת הדרכים הטובות ביותר כדי לרכוש סרטי 4,5 דקים באיכות טובה. תהליכי הגדילה כרוכים בחימום המצע לכ 800 מעלות צלזיוס בסביבת חמצן ושימוש בפעימות לייזר לרמה של חומר היעד וליצור שטף להיות מופקד על גבי מצע. המערכת הטיפוסית מוצגת באיור 1. אמנם הוכחו סרטי unpatterned לחשוף פיסיקה חדשה אקזוטי 6, צמצום ממד סרט מספק יותר הזדמנויות כדי לחקור תופעות חדשות וייצור מכשיר. Photolithography יכול לשמש כדי לכווץ את ממד המדגם במטוס עד להסדר של 1 מיקרומטר. הפרוטוקול מפורט של התהליך יהיה photolithographyיידון בהמשך. טכניקה זו היא תואמת עם מצעים בשימוש נרחב ביותר המאפשרים לחקירות של השפעות כליאה על סרטי epitaxial שנערכו במדינות זן שונים. מאז יש לי תחמוצות מורכבות רבות מאפיינים מעניינים בטמפרטורות ו / או שדות מגנטיים גבוהים נמוכים, חיבור האלקטרוני בין ציוד מדידת המכשיר, והוא מאוד חשוב. יכול להיווצר קשר באיכות גבוהה על ידי מתאדה רפידות מגע Au בגיאומטרית 4 חללית ועם השימוש בונדר תיל כדי ליצור קשרים בין הכריות ומכשיר מדידה. כאשר נעשה בצורה נכונה, קשרים אלה יכולים בקלות לעמוד בסביבות קיצוניות במדידת טווחי טמפרטורה רחבה של 4 K ל 400 K וטווחי שדה מגנטי של עד 9 ט ±

<table><tbody><tr><td colspan="4">Reagent/Material</td></tr><tr><td>SrTiO3(001) & LaAlO3(100) מצעים</td><td>CrysTec GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microposit S1813 Photoresist </td><td>Shipley</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CD-26 מפתח</td><td>Shipley</td><td>38490</td><td></td></tr><tr><td>GE varnish</td><td>Lakeshore</td><td>VGE-7031</td><td></td></tr><tr><td colspan="4" ><חזק>ציוד</חזק></td></tr><tr><td>משתקף עקיפה אלקטרונית באנרגיה גבוהה (RHEED)</td><td>Staib Instruments</td><td></td><td>35kV TorrRHEED</td></tr><tr><td>מיישר מסכה</td><td>ABM</td><td>דגם 85-3 (350W) התנגדות מקור</td><td></td>אור</tr><tr><td>פאק</td><td>עיצוב קוונטי</td><td>P102</td><td></td></tr><tr><td>חוט בונדר</td><td>Kulicke Soffa</td><td>04524-0XDA-000-00</td><td></td></tr></tbody></table>

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

חומרים מורכבים כגון מוליכים גבוהים TC, multiferroics, וmagnetoresistors ענקי יש תכונות אלקטרוניות והמגנטיות שעולות ממתאמי האלקטרונים החזקים הטבועים הנמצאים בתוכם. חומרים אלה יכולים גם להחזיק הפרדת פאזות אלקטרונית שבו אזורים של התנהגות והתנגדות המגנטית שונה בהרבה יכולים להתקיים בתוך חומר סגסוגת גביש יחיד. על ידי צמצום קנה המידה של חומרים אלה לקשקשי אורך ובמתחת לגודל הגלום בתחומי האלקטרוניקה, יכולות להיחשף התנהגויות חדשות. בגלל זה, והעובדה שפרמטרי סדר ספין תשלום סריג מסלולית כל כרוכות אורכי קורלציה, מרחבית הפחתת חומרים אלה למדידות תחבורה הוא שלב קריטי בהבנת הפיזיקה הבסיסית שמניעה את התנהגויות מורכבות. חומרים אלה גם מציעים פוטנציאל גדול להפוך לדור הבא של מכשירים אלקטרוניים 1-3. לפיכך, הייצור של ננו או ממדים נמוכיםמיקרו מבנים חשוב מאוד כדי להשיג פונקציונליות חדשה. זה כולל תהליכים לשליטה מרובים מצמיחת סרט דקה באיכות גבוהה לאפיון נכס אלקטרוני מדויק. כאן, אנו מציגים פרוטוקולי ייצור של microstructures באיכות גבוהה למכשירי manganite תחמוצת מורכבים. תיאורים מפורטים וציוד הנדרש של צמיחת סרט דק, תמונה ליתוגרפיה, וחוט מליטה מוצגים.

מאמר זה מתמקד בעיקר על photolithography וחוט מליטה ההיבטים של הכנת מדגם. ניתן למצוא פרטים נוספים על הליכי צמיחת סרט בפרסומים האחרונים האחרים שלנו 8. Photolithography הוא שיטה חשובה כדי לשלוט בתחמוצות ממדיות מורכבות לצורך בירור אורכי מתאם אלקטרונים והפרדת פאזות האלקטרונית 9-13. תרשים 2 מציג תמונות אופטיות של צעדים חלקיים במהלך התהליך. יש צורך לציין כי בין כל השלבים אלה, השליט...

אנו מתארים את השימוש בטכניקות תיל מליטה כדי ליצור התקני תחמוצות מורכבים בקנה מידה מיקרומטר פעם תצהיר לייזר (PLD), photolithography ו. PLD מנוצל לגדול סרטים דקים epitaxial. טכניקות photolithography וחוט מליטה הם הציגו כדי ליצור התקנים מעשיים למטרות מדידה.

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

המטרה הכללית של פרוצדורה זו היא להבנות סרטי דקים של תחמוצות מורכבות המוגבלים מרחבית לצורך מדידות של הובלת אלקטרונים. דבר זה מושג תחילה על ידי גידול של סרטי דקים של גביש יחיד של מניטיט (menonite) באמצעות שיקוע בלייזר פולסי (pulse laser deposition). השלב השני הוא שימוש בטכניקות של פוטוליתוגרפיה כדי לתחור את הסרטים שגודלו לגודל ולגיאומטריה הרצויים.בשלב הבא, הכינו את ההתקנים למדידות הובלה על ידי יצירת התנגדות נמוכה עבור מגעי הגששים וחיבורם למערכת המדידה. השלב האחרון הוא ביצוע מדידות התנגדות סגולית מ-300 עד חמישה קלווין תחת שדות מגנטיים מיושמים שונים. בסופו של דבר, ההתקנים המוגבלים ליטוגרפית משמשים כדי להראות כי ההובלה יכולה להיות נשלטת על ידי בידוד של דומיין אלקטרוני אחד או מספר דומיינים, דבר המכריח את האלקטרונים הנבדקים לבצע אינטראקציה עם אזורים מרובים, בניגוד למבנים לא מוגבלים ולמסלול פשוט של התנגדות מינימלית.היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון ליתוגרפיה בקרן אלקטרונים ומיקוד קרן, הוא שניתן לעבד דגימה במהירות וללא נזק מהשתלה יונית. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח, כגון האופן שבו תחרות בין פאזות אלקטרוניות ואורכי קורלציה אלקטרוניים מניעים תופעות מתהוות בחומרים בעלי קורלציה חזקה. כדי להתחיל, נקה מצע של גביש בודד של strontium titanate בממדים 5 mm על 5 mm על 0.5 mm, עם זווית חיתוך (miscut angle) של פחות מ-0.1 מעלות, באמצעות אצטון ולאחר מכן במים במנקה אולטרסוני למשך 10 דקות.לאחר מכן, צור סיום של טיטניום דו-חמצון על הסטרונציום טיטנאט על ידי תקיפת המצע ב-10% hydrogen fluoride למשך 30 שניות. לאחר מכן, שטוף את המצע במים למשך דקה אחת ובצע חישול ב-1100 °C למשך 10 שעות. לאחר השלמת החישול וקירור המצע לטמפרטורת החדר, התקנו אותו על מחמם המתאים לתנאי ואקום גבוה במיוחד (ultra high vacuum) והניחו אותו בתא ואקום.בשלב הבא, פתחו את מקור החמצן של התא כדי למלא את התא בחמצן בריכוז של 1 × 10⁻⁴ tor. העלו את טמפרטורת התנור ל-800 °C והניחו למצע לעבור חישול (annealing) במשך 20 דקות. עקבו אחר הטמפרטורה באמצעות פרמטר בקרה ממוחשב או צמד תרמוצמדים (thermocouple).כדי להתחיל בשיקוע הסרט, הפעל לייזר בפולסים באמצעות פלואנס לייזר של 1-2 joules per square centimeter ותדר לייזר של 1 או 2 hertz. פולסי הלייזר יפגעו בחומר המטרה וייצרו שטף של עננת חומר (plume flux).השבב יחדור דרך סביבת החמצן וישקע על התשתית. במהלך שיקוע הסרט, השתמש בעקיפה של אלקטרונים באנרגיה גבוהה ברפלקסיה (RHEED), כפי שתיארו HME ואחרים, כדי לנטר את צמיחת תא היחידה ולאשר את איכות הפני השטח.טכניקה זו מאפשרת ניטור ברור מאוד של העובי; כאשר הסרט מגיע לעובי הרצוי, כבה את הלייזר והורד את טמפרטורת המחמם בקצב של five degrees Celsius לדקה. לאחר שהמחמם התקרר לטמפרטורת החדר, כבה את מקור החמצן והוצא את הדגימה. לאחר מכן, בצע התמסכות (annealing) ב-XC two A כדי להסיר חסרים של חמצן שייתכן והצטברו.כדי להשיג זאת, מקמו את הדגימה בכבש תנור תחת זרימה של חמצן בלחץ של אטמוספירה אחת. לאחר מכן, העלו את הטמפרטורה מ-20 °C ל-700 °C בקצב של 5 °C לדקה, השאירו כך למשך שעתיים, ולאחר מכן הפחיתו את הטמפרטורה מ-700 °C ל-20 °C בקצב של 2 °C לדקה.חשוב לעולם לא לחשוף מחט לטמפרטורות גבוהות מאלו ששימשו במהלך גידול הסרט. לצורך מילוי פגמי חמצן, נקה תחילה את הדגימה באופן אולטרסוני באצטון ולאחר מכן במים למשך 10 דקות כל אחת. השתמש במיקרוסקופ אופטי כדי לוודא שפני השטח של הדגימה נקיים מחלקיקים גדולים.בשלב הבא, צרו שכבה בעובי של one micron של AZ 180 1. Three foot resist על ידי סיבוב של טיפה אחת ב-6,000 RPM למשך 80 שניות, ולאחר מכן הניחו את הדגימה על פלטת חימום ב-115 °C למשך שתי דקות כדי לפרוק את הפוטורזיסט. לאחר שהפוטורזיסט התקרר, בדקו את איכות הציפוי תחת מיקרוסקופ אופטי.אם הציפוי אחיד וללא בועות, יש להניח דגימה במכשיר MAs aligner ולחשוף אותה תחת מסיכה ליתוגרפית שהוגדרה מראש באמצעות אור UV למשך תשע שניות עם מנת חשיפה של 90 millijoules per square centimeter, ולאחר מכן לחמם את דגימת הפוטורזיסט על פלטת חימום בטמפרטורה של 115 °C למשך 80 שניות. כדי להשלים את עיבוד הפוטורזיסט שנחשף, העבירו את הדגימה לתמיסת הפיתוח למשך 25 עד 35 שניות, ולאחר מכן שטפו אותה במים למשך 30 שניות. החלק של הפוטורזיסט שלא כוסה על ידי המסיכה נשטף, בעוד שהחלק שכוסה נשאר.לאחר מכן, השתמש בפינצטה מפלסטיק כדי לשטוף את הדגימה בתמיסת תכת (etching solution) למשך כ-10 שניות. בחלק זה של התהליך, החלק הבלתי מוגן של השכבה הדקה נתכת. לאחר 10 שניות, שטוף מיד את הדגימה במים מזוקקים למשך 60 שניות.לאחר מכן, השתמש במיקרוסקופ אופטי כדי לבדוק אם השכבה הדקה נחרטה כראוי. אם לא, חרוט למשך שניות שתיים עד שלוש נוספות ושטוף מיד שוב במים מזוקקים. ברגע שהושגה חריטה תקינה, שטוף את הדגימה באצטון למשך 20 שניות.כדי להסיר את שאריות הפוטורזיסט, בדוק שוב את איכות הדגימה באמצעות מיקרוסקופ אופטי. באמצעות מסכת פוטו מתאימה, מאד 5 nm של טיטניום ו-100 nm של זהב על גבי הדגימה. השתמש במאדה בלוח אלקטרונים (electron beam evaporator) בלחץ רקע של 1×10⁻⁵, תוך שימוש בקצב אידוי של 2 Å לשנייה עבור טיטניום ו-15 Å לשנייה עבור זהב.בשלב הבא, הסר את הפוטורזיסט על ידי שטיפת הדגימה באצטון למשך דקה אחת. לאחר מכן, בחן את הפדים תחת מיקרוסקופ כדי לאשר את איכות השטיפה. האצטון ישאיר רק את הגיאומטריה הרצויה של פדי המגע.השתמשו בלכה מסוג GE כדי להצמיד את הדגימה אל ה-sample puck. המתינו 15 דקות לאשור (cure) של הדגימה, ולאחר מכן הצמידו את ה-puck למשטח של מכשיר ה-wire bonder. לבסוף, השתמשו ב-wire bonder כדי לחבר את חוטי האלומיניום לדגימה.כעת אתם מוכנים לבצע מדידות חשמליות. במהלך הליך זה, ניתן להגיע בקלות לתת-חריטה (over-etching) של השכבות, מה שעלול להשמיד את הדגימה תוך שניות ספורות בלבד. משמאל מופיעה דגימה שנחרטה כראוי למשך 15 שניות.בשנייה ה-21, המבנה הרצוי נפגע ובשנייה ה-25 הוא מוסר ברובו. התהליך המוצג כאן ייצור דגימה בעלת מגעים חשמליים למדידות הולכה בשיטת ארבעה probes. הדבר מקל על יצירת חיבורי חוטים מהדגימה המתקבלת לפריטים כגון resistivity puck.פיתוח טכניקה זו אפשר לחוקרים להשתמש בחומרים בעלי מתאם חזק כדי לחקור הפרדה של פאזות אלקטרוניות. לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לנו הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן לכלוא סרטי תחמוצות מורכבות לצורך חקירת הפאזות האלקטרוניות המתחרות השוכנות בתוכן.

fabrication-of-spatially-confined-complex-oxides

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מתארים את השיטה הניסיונית להפקיד סרטים דקים תחמוצת nanostructured ידי תצהיר ליזר פעם שבריר שני (PLD) בנוכחות גז רקע. באמצעות שיטה זו אל מסומם ZnO סרטים (אזו), מקומפקטית לצורה היררכית כמו יערות ננו עץ, יכול להיות מופקד.

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

שיטה לחיבור קבוע של שני ופלים מסיליקון כדי לממש מארז אחיד מתוארת. זה כולל הכנת רקיקים, ניקוי, מליטה RT, ותהליכי חישול. ופלים מלוכדים וכתוצאה מכך (תאים) יש אחידות של המתחם ~ 1%1,2. הגיאומטריה המתקבלת מאפשרת מדידות של נוזלים וגזים מוגבלים.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

ננו-מבנים של תחמוצת מספקים הזדמנויות חדשות למדע וטכנולוגיה.  ניתן לשלוט במוליכות הפנים בין LaAlO3 ל-SrTiO3 בדיוק כמעט אטומי באמצעות טכניקת מיקרוסקופ כוח אטומי מוליך.  הפרוטוקול ליצירה ומדידה של ננו-מבנים מוליכים בממשקי LaAlO3/SrTiO3 מודגם.

כתיבה ואפיון טמפרטורה הנמוכה של ננו Oxide

נהלים שונים המפורטות להכין תבניות מוגדרות אטומי לצמיחת epitaxial של סרטים דקים תחמוצת מורכבת. טיפולים כימיים של SrTiO היחיד גבישים 3 (001) וDyScO 3 (110) מצעים בוצעו להשיג משטחים חלקים אטומי, אחד הסתיימו. Ca 2 Nb 3 O 10 - יריעות שמשו כדי ליצור תבניות מוגדרות אטומי על מצעים שרירותיים.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

כאן אנו מציגים פרוטוקול סינתזה Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O heterojunctions ב-באוויר הפתוח בטמפרטורה נמוכה באמצעות בתצהיר שכבה אטומית מרחבית בלחץ אטמוספרי (AP-SALD) של Zn 1-x Mg x O על תחמוצת cuprous. כזה תחמוצות מתכת באיכות גבוהה קונפורמי ניתן לגדל על מגוון מצעים כולל פלסטיק בשיטה זולה וניתן להרחבה זו.

איכות heterojunction משופר ב Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O מבוסס תאים סולריים באמצעות אופטימיזציה של לחץ האטמוספרה אטומי שכבת מרחבים שהופקדה<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

תחמוצת אבץ טורי מבנים בצורת מוטות הם מסונתז דרך בתצהיר אדים כימיים בסיוע תרסיס ללא השימוש של חלקיקי הזרז-זרע הפקיד מראש. שיטה זו היא מדרגית ותואמת סובסטרטים שונים על בסיס סיליקון, קוורץ או פולימרים.

תרסיס בסיוע בתצהיר אדים כימיים של תחמוצת מתכת מבנים: תחמוצת אבץ מוטות

מסגרות מתכת-אורגנית יעילים אחסון גז, זרז הטרוגנית, אבל התוצאה שיטות הסינתזה האופיינית אבקות רופף שקשה לשלב חומרים חכמים. נדגים שיטה של הראשון ציפוי בדים עם תחמוצות מתכת אלד, וכתוצאה מכך קונפורמיים הסרטים MOF על הבדים במהלך סינתזה solvothermal.

Solvothermal סינתזה של מיליון-96 ו UiO-66-NH2 בשכבה אטומי שהופקדו תחמוצת מתכת ציפוי על מחצלות סיבים

הסינתזה של איכות גבוהות בתפזורת, סרט דק (מ"ג0.25(1-x)Coxני0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O ו (מ"ג0.25(1-x)Co0.25(1-x)ני0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) O מיוצב אנטרופיה תחמוצות מוצג.

בתפזורת, סרט דק סינתזה של תחמוצות מיוצב אנטרופיה Variant מאלכוהול

. הנה, נדגים שיטה ייחודית, בטמפרטורה נמוכה יחסית, מלח מותכת סינתזה להכנת אחיד תחמוצת מתכת מורכבים לנתן hafnate חלקיקים.

מלח מותכת סינתזה של חלקיקי תחמוצת מתכת מורכבים

חומרי תחמוצת מראים תכונות אקזוטיות רבות שניתן לשלוט בהן על ידי כוונון תכולת החמצן. כאן, אנו מדגימים את כוונון תכולת החמצן בתחמוצות על ידי שינוי הפרמטרים של שקיעת לייזר פועם ועל ידי ביצוע חישול לאחר החישול. לדוגמה, תכונות אלקטרוניות של מבנים הטרו-קונסטרוקטיביים מבוססי SrTiO3 מכווננים על ידי שינויי צמיחה וחישול.

כוונון תכונות תחמוצת על ידי בקרת חמצן פנוי במהלך צמיחה וחישול

למד כיצד לבנות סרטי תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית למדידות הולכת אלקטרונים באמצעות שיקוע לייזר פולס וטכניקות פוטוליתוגרפיה. שיטה זו מאפשרת לבודד דומיינים אלקטרוניים ולחקור תכונות הולכה ייחודיות.

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

גלה סרטונים נוספים