Dettagli Questo lavoro le procedure per la crescita e caratterizzazione di SrTiO cristallina 3 direttamente su substrati germanio per deposizione strato atomico. La procedura illustra la capacità di un metodo di crescita all-chimico per integrare ossidi monoliticamente su semiconduttori per dispositivi a semiconduttore metallo-ossido.
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Articolo metodologico
Crescita epitassiale di perovskite titanato di stronzio su Germanio via Atomic Layer Deposition
In questo articolo
Sommario
Abstract
La deposizione di strati atomici (ALD) è un metodo di deposizione commercialmente utilizzato per materiali elettronici. La crescita ALD di film sottili offre il controllo dello spessore e la conformità sfruttando le reazioni autolimitanti tra i precursori in fase vapore e il film in crescita. Gli ossidi di perovskite presentano un potenziale per i materiali elettronici di prossima generazione, ma fino ad oggi sono stati per lo più depositati con metodi fisici. Questo lavoro delinea un metodo per depositare SrTiO3 (STO) sul germanio utilizzando ALD. Il germanio ha una mobilità dei portatori più elevata rispetto al silicio e quindi offre un materiale semiconduttore alternativo con un funzionamento più rapido del dispositivo. Questo metodo sfrutta l'instabilità dell'ossido nativo del germanio utilizzando la disossidazione termica per pulire e ricostruire la superficie Ge (001) fino alla struttura 2×1. La STO amorfa di 2 nm di spessore viene quindi depositata da ALD. Il film STO viene ricotto sotto vuoto ultra-alto e cristallizza sulla superficie Ge ricostruita. Durante questa fase di ricottura viene utilizzata la diffrazione elettronica ad alta energia a riflessione (RHEED) per monitorare la cristallizzazione STO. Il sottile strato cristallino di STO funge da modello per la successiva crescita di STO che è cristallino così come cresciuto, come confermato da RHEED. sul posto La spettroscopia fotoelettronica a raggi X viene utilizzata per verificare la stechiometria del film prima e dopo la fase di ricottura, nonché dopo la successiva crescita della STO. Questa procedura fornisce un quadro di riferimento per ulteriori ossidi di perovskite da depositare sui semiconduttori tramite metodi chimici, oltre all'integrazione di eterostrutture più sofisticate già realizzabili con metodi fisici.
Introduzione
materiali perovskite stanno diventando sempre più attraente a causa della loro struttura cubica o pseudocubici altamente simmetrica e miriade di proprietà. Questi materiali, con formula generale ABO 3, costituiti da un atomi coordinati con 12 atomi di ossigeno e atomi B coordinati con sei atomi di ossigeno. A causa della loro struttura semplice, ma ampia gamma di elementi possibili, materiali di perovskite forniscono i candidati ideali per i dispositivi eterostruttura. Eterostrutture epitassiali di ossidi vantano ferromagnetico, 1-3 contro / ferroelettrico, 4 multiferroic, 5-8 sup....
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Protocollo
1. Preparazione Sr e Ti precursori per gli esperimenti ALD
- Caricare i puliti, saturatori secchi e nuovi precursori nell'anticamera di un vano portaoggetti. Seguire la procedura di caricamento del cassetto portaoggetti per assicurare il corretto spurgo di aria e umidità. Trasferire il materiale nella camera principale.
Nota: Questo gruppo utilizza Umidificatori in-casa costruita (vedi Figura 3) con componenti acquistati in commercio. Dettagli del gruppo di saturazione si possono trovare nella lista dei reagenti e attrezzature specifiche. - Conservare il precursore di stronzio (bis di stronzio (Sr triisopr....
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Risultati
Le figure 5 e 6 mostrano tipica raggi X fotoelettroni spettri e immagini RHEED da un substrato di Ge puliti e disossidato. Un substrato Ge successo-disossidato è caratterizzato dalla sua "faccina" 2 × 1 ricostruito modello RHEED. 26,39 Inoltre, le linee Kikuchi si osservano anche nelle immagini RHEED, che indicano la pulizia e l'ordine a lungo raggio del campione. 40 la nitidezza e l'intensità del modello di diffra.......
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Discussione
La pulizia del substrato Ge è la chiave del successo quando cresce epitassiale perovskite con ALD. La quantità di tempo che un substrato Ge trascorre tra sgrassatura e disossidazione, e la quantità di tempo tra la deossidazione che la deposizione STO, deve essere mantenuta ad un minimo. I campioni sono ancora oggetto di esposizione contaminante anche sotto l'ambiente UHV. L'esposizione prolungata può portare a rideposizione di carbonio accidentale o Ge riossidazione, con conseguente crescita del film poveri. Que.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno concorrenti interessi finanziari di rivelare.
Ringraziamenti
Questa ricerca è stata supportata dalla National Science Foundation (Awards CMMI-1437050 e DMR-1207342), dall'Office of Naval Research (Grant N00014-10-10489) e dall'Air Force Office of Scientific Research (Grant FA9550-14-1-0090).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| MBE | DCA | M600 | |
| per MBE | Brooks Automation, Inc. | a bordo 8 | |
| per MBE | Extorr, Inc. | XT200M | |
| ALD Camera | Reazione Huntington Mechanical Laboratories | Produzione su misura, a parete calda, acciaio inossidabile, rettangolare (~20 cm di lunghezza, 460 cm3) | |
| ALD Saturator | Swagelok/Larson Electronic Glass | Vedere i commenti | Costruito su misura con parti fornite da Swagelok e Larson Electronic Glass. Il saturatore è realizzato in acciaio inossidabile 316 e Pyrex. Tutte le parti sono collegate tramite saldatura di testa. Numeri di catalogo Swagelok: SS-4-VCR-7-8VCRF, SS-4-VCR-1, SS-8-VCR-1-03816, SS-8-VCR-3-8MTW, 316L-12TB7-6-8, SS-8-VCR-9, SS-4-VCR-3-4MTW, SS-T2-S-028-20. Codice prodotto Larson Electronic Glass: SP-075-T. |
| Valvole manuali per saturatori | Swagelok | SS-DLVCR4-P e 6LVV-DPFR4-P | Entrambe le valvole con tenuta a membrana sono utilizzate in modo intercambiabile da questo gruppo. I connettori specifici (videoregistratore maschio/femmina/ecc.) da utilizzare dipenderanno dal design effettivo del sistema. |
| Valvole ALD | Swagelok | 6LVV-ALD3TC333P-CV | |
| Tubi per sistemi ALD | Tubi Swagelok | 316L di varie dimensioni. Questo gruppo utilizza un diametro interno di 1/4" | |
| ALD alimentatore | AMETEK Programmable Power, Inc. | Sorensen DCS80-13E | |
| ALD | Schneider Electric | Eurotherm 818P4 | |
| ALD Valve Controller | National Instruments | LabView Program sviluppato all'interno del gruppo | |
| XPS | VG Scienta | ||
| RHEED | Staib Instruments | CB801420 | 18 keV a ~3° angolo di incidenza |
| RHEED Analysis System | k-Space Associates kSA | 400 | |
| Digital UV Ozone System | Novascan | PSD-UV 6 | |
| Ozone Elimination System | Novascan | PSD-UV OES-1000D | |
| Titanio tetraisopropossido (TTIP) | Sigma-Aldrich | 87560 | Infiammabile in fase liquida e vapore |
| [header] | |||
| Strontium bis(triisopropylcyclopentadienyl) | Air Liquide | HyperSr | Leggermente reattivo all'aria e all'acqua. Ulteriori informazioni fornite da Air Liquide sono disponibili presso https://www.airliquide.de/inc/dokument.php/standard/1148/airliquide-hypersr-datasheet.pdf |
| wafer Ge (001) | MTI Corporation | GESBA100D05C1 | 4", wafer drogato con Sb lucidato su un lato con ρ ≈ 0.04 Ω-cm |
| Argon (UHP) | Praxair | ||
| Acqua | 18.2 MΩ-cm |
Riferimenti
- Phan, M. -H., Yu, S. -C. Review of the magnetocaloric effect in manganite materials. J. Magn. Magn. Mater. 308 (2), 325-340 (2007).
- Serrate, D., Teresa, J. M. D., Ibarra, M. R. Double perovskites with ferromagnetism above room temperature. J. Phys. Condens. Matter.....
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Ristampe e permessi
