È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

Articolo metodologico

Crescita ed elettrostatico/chimica proprietà di metallo/LaAlO3/SrTiO3 eterostrutture

9.8K visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/56951

⸱

8 febbraio 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Université Paris-Saclay, 2Max Planck Institut für Mikrostrukturphysik, 3Department of Applied Physics, Tohoku University, 4Instituto de Magnetismo Aplicado, Universidad Complutense de Madrid

In questo articolo

Sommario

Noi fabbricare eterostrutture di metallo/LaAlO3/SrTiO3 utilizzando una combinazione di deposizione laser pulsato e in situ magnetron sputtering. Attraverso magnetotransport ed in situ esperimenti di spettroscopia fotoelettronica a raggi x, studiamo l'interazione fra fenomeni elettrostatici e chimici del gas elettronici bidimensionali quasi formata in questo sistema.

Abstract

Il sistema quasi 2D elettrone (q2DES) che si forma all'interfaccia fra LaAlO3 (LAO) e SrTiO3 (STO) ha attirato molta attenzione da parte della comunità elettronica ossido. Una delle sue caratteristiche di segno distintivo è l'esistenza di uno spessore di LAO critico di 4 unità-celle (uc) per conducibilità interfacciale ad emergere. Anche se elettrostatiche meccanismi sono stati proposti in passato per descrivere l'esistenza di questo spessore critico, l'importanza dei difetti chimici è stato recentemente accentuato. Qui, descriviamo la crescita delle eterostrutture di metallo/LAO/STO in un sistema ultra-ad alto vuoto (UHV) cluster combinando deposizione laser pulsato (a crescere il LAO), magnetron sputtering (per far crescere il metallo) e spettroscopia fotoelettronica a raggi x (XPS). Studiamo, passo dopo passo, la formazione e l'evoluzione del q2DES e le interazioni chimiche che avvengono tra il metallo e il LAO/STO. Inoltre, esperimenti di magnetotransport delucidano sul trasporto e proprietà elettroniche della q2DES. Questo lavoro sistematico non solo viene illustrato un modo per studiare l'interazione elettrostatica e chimica tra il q2DES e il suo ambiente, ma anche Sblocca la possibilità agli strati tappatura multifunzionale di coppia con la ricca fisica osservata in bidimensionale sistemi elettronici, permettendo la realizzazione di nuovi tipi di dispositivi.

Introduzione

Sistemi di elettroni 2D quasi (q2DES) sono stati utilizzati estesamente come un parco giochi per studiare una moltitudine di bassa dimensionalità e fenomeni quantistici. A partire dalla carta seminale sul sistema LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO)1, uno scoppio di diversi sistemi che ospitano nuove fasi interfacciale elettronici sono stati creati. La combinazione di diversi materiali ha portato alla scoperta di q2DESs con proprietà aggiuntive, ad esempio di polarizzazione di spin sintonizzabile campo elettrico2, elettrone estremamente elevata mobilità3 o fenomeni accoppiati a ferroelettricità4. Anche se un immenso corpo di lavoro è stato dedicato per svelare la creazione e la manipolazione di questi sistemi, diversi esperimenti e tecniche hanno dimostrato risultati contraddittori, anche in condizioni piuttosto simili. Inoltre, l'equilibrio tra le interazioni elettrostatiche e chimiche è stato trovato per essere essenziale per comprendere correttamente che la fisica a Gioca5,6,7.

In questo articolo, descriviamo accuratamente la crescita di diversi metalli/LAO/STO eterostrutture, utilizzando una combinazione di deposizione laser pulsato (PLD) e in situ magnetron sputtering. Quindi, per comprendere l'effetto delle diverse condizioni della superficie nella q2DES sepolto nell'interfaccia di LAO/STO, viene eseguito uno studio elettronico e chimico, mediante esperimenti di spettroscopia di elettrone e trasporto.

Poiché più metodi precedentemente sono stati usati per crescere cristallina LAO su STO, la scelta delle tecniche di deposizione appropriato è un passo fondamentale per la realizzazione di eterostrutture di ossido di alta qualità (oltre al costo possibile e tempo vincola). Nei dati PLD forniti, un impulso breve e intenso laser colpisce il bersaglio del materiale desiderato, che viene quindi rimosso e viene depositato sul substrato come una sottile pellicola. Uno dei principali vantaggi di questa tecnica è la capacità di trasferire in modo affidabile la stechiometria del target del film, un elemento chiave per realizzare la formazione di fase desiderata. Inoltre, la capacità di eseguire-strati-crescita (monitorato in tempo reale utilizzando la diffrazione di elettroni ad alta energia di riflessione - RHEED) di un vasto numero di ossidi complessi, la possibilità di avere obiettivi multipli all'interno della camera stessa (tempo permettendo la crescita di diversi materiali senza rompere il vuoto) e la semplicità dell'installazione fanno di questa tecnica, uno dei più efficaci e versatili.

Ancora, altre tecniche come l'epitassia da fasci molecolari (MBE) permettono la crescita di crescita epitassiale di qualità ancora più elevata. Invece di avere un bersaglio di un determinato materiale, in MBE ogni elemento specifico si sublima verso il substrato, dove reagiscono con a vicenda per formare strati atomici ben definiti. Inoltre, l'assenza di specie altamente energetico e una distribuzione più uniforme dell'energia consente la realizzazione di interfacce estremamente taglienti8. Questa tecnica è tuttavia molto più complessa di PLD quando si tratta per la crescita di ossidi, poiché deve essere eseguito in ultra-alto vuoto condizioni (in modo che il lungo significa percorso libero non viene distrutta) e richiede in generale un investimento più grande, costo - e comparate. Anche se il processo di crescita utilizzato nelle pubblicazioni LAO/STO prime era PLD, campioni con caratteristiche simili sono stati coltivati da MBE9. Vale anche la pena notare che LAO/STO eterostrutture sono state coltivate utilizzando "sputtering"10. Anche se atomicamente affilate interfacce sono stati raggiunti alle alte temperature (920 ° C) e ossigeno ad alta pressione (0,8 mbar), interfacciale conducibilità non è stato raggiunto.

Per la crescita di metallico strati di coperchiamento, usiamo il magnetron sputtering, poiché fornisce un buon equilibrio tra qualità e flessibilità. Altre tecniche di deposizione basata di vapore chimico potrebbero tuttavia essere utilizzato per ottenere risultati simili.

Infine, la combinazione di tecniche di spettroscopia e di trasporto ha mostrato in questo articolo esemplifica un modo sistematico di interazioni sia elettroniche e chimiche, sottolineando l'importanza di controlli incrociati di diversi approcci per comprendere appieno di sondaggio molte caratteristiche di questi tipi di sistemi.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

Nota: Tutti e 5 i passaggi descritti nel presente protocollo possono essere messo in pausa e riavviati in qualsiasi momento, con la sola condizione che il campione è tenuto sotto alto vuoto dal passaggio 3.4 a 5.

1. STO(001) substrato terminazione:

  1. Riempire un pulitore ad ultrasuoni (con un trasduttore di 40 kHz) con acqua e riscaldare fino a 60 ° C. Riempire un bicchiere di vetro borosilicato con acetone. Indipendente della dimensione del becher, assicurarsi di riempire con almeno il 20% del suo volume massimo, per garantire che i substrati sono immersi.
    1. Posizionare un fuori il casella terminazione mix singolo-lato lucido (001)-orientati STO singolo-cristallo substrato (55 mm2 in dimensione laterale, 0,5 mm di spessore, miscut angolo tra 0,01 e 0,02 °) all'interno del bicchiere di vetro borosilicato.
    2. Sonicare il substrato in acetone per 3 min a secco il substrato utilizzando una pistola ad aria compressa azoto con pressione d'esercizio di circa 5 bar.
  2. Ripetere la procedura di passaggio 1.1 ma utilizzando isopropanolo e acqua deionizzata, quindi.
  3. Posto il substrato pulito in un portacampioni di fluoruro di polivinilidene, PVDF, con una forma di "carro" (Figura 1a). Riempire un bicchiere di vetro di borosilicato secondo (Figura 1b) con acqua deionizzata.
    Nota: Il becher dovrebbe essere abbastanza grande in modo che il supporto del campione si inserisce in esso.
  4. Posto il substrato di supporto del campione.
  5. Indossare una protezione adeguata, riempire un becher (Figura 1b), in genere fatto di politetrafluoroetilene, PTFE, a circa il 20% del suo volume massimo, con una soluzione tamponata fluoridrico (HF) (HF:NH4F = 1:7). Utilizzare circa il becher dimensione stessa come quello utilizzato nel passaggio 1.3.
  6. Immergere il portacampioni in HF per esattamente 30 s e spostarlo immediatamente in acqua corrente deionizzata per interrompere eventuali successive reazioni chimiche. Agitare leggermente.
  7. Dopo 2 min, rimuovere il supporto del campione dall'acqua deionizzata. Estrarre il substrato e asciugare con una pistola di soffiaggio di azoto.
    Nota: Maggiori dettagli possono essere trovati all'interno ricetta11 di Kawasaki.
    Attenzione: La soluzione di HF utilizzata è altamente corrosivo e velenoso. Eseguire sempre la manipolazione e lo smaltimento delle soluzioni di HF utilizzati in ambienti di lavoro appropriati. Sintomi di avvelenamento dopo il contatto con una parte del corpo potrebbero cominciare ad essere visibile fino a un giorno dopo l'esposizione e non possono causare alcun dolore nelle prime ore. È anche possibile utilizzare un processo di terminazione alternativo basato su un HCl-HNO3 soluzione acida12 o una terminazione acidi ricetta13.
  8. Inserire il substrato in un forno tubolare (Figura 1c) a 20 ° C. Impostare la pressione parziale di fornace a circa 1 atm di ossigeno. Rampa la temperatura a 1000 ° C a una velocità di 20 ° C/min temprare i substrati per 3 ore a 1000 ° C. Dopo le 3 ore, lasciare raffreddare il campione fino a 20 ° C. Rimuovere il substrato. Chiudere la fonte di ossigeno.
  9. Ripetere il passaggio 1.1 rimuovere successive contaminazioni superficiali promossi durante la ricottura.

2. preparazione del bersaglio singolo-cristallo LAO:

  1. Meccanicamente polacco un bersaglio di LAO del singolo-cristallo (diametro di 1 pollice) delicatamente con carta vetrata e isopropanolo soluzione come lubrificante. Utilizzando una pistola ad aria compressa azoto secco.
  2. Montare il target in un carosello.
    Nota: Essere sicuri che il carosello permette la rotazione di destinazione.
  3. Inserire il carosello nella camera di loadlock (Figura 2). Lasciate che il bersaglio degassare in vuoto, mentre la camera di pompaggio continuo (fino a quando non raggiunge una pressione nell'intervallo 10-8 mbar). Trasferimento il carosello alla camera di PLD (Figura 3un e 3b). Attendere che la pressione di base è compreso nell'intervallo 10-9 mbar.
    Nota: In assenza di un loadlock camera e sistema di trasferimento sotto vuoto , il tipico tempo di attesa e pressione base può essere gravemente colpiti.
  4. Ispezionare l'energia del laser utilizzando un contatore di energia del laser di eccimeri. Per effettuare questa operazione, utilizzare una fessura rettangolare (6 x 16 mm) e un attenuatore esterno subito dopo la sorgente laser per modulare la forma e l'energia del fascio (Figura 4a e 4b). Posto il contatore di energia nel percorso del fascio laser, tra la seconda lente convergente e la finestra di quarzo. Sparare il laser a una frequenza arbitraria, quindi leggere l'energia utilizzando il contatore di energia.
  5. Impostare l'energia per essere lo stesso (o marginalmente superiore) a quello utilizzato durante la crescita (passo 3.12).
    Nota: I valori assoluti dell'energia laser potrebbe variare a seconda della geometria dell'installazione. Tuttavia, per LAO ablazione di destinazione, utilizzare un fluence di laser di circa 1 J/cm2 (fluenza = energia/spot area). Inoltre, utilizzare un laser a eccimeri KrF di lunghezza d'onda λ = 248 nm, con una durata di impulso caratteristico di 25 ns e operati ad un minimo di 21 kV (per una migliore riproducibilità di impulso a impulso).
  6. Ruota la destinazione di LAO a circa 10 giri/min (utilizzando la piattaforma di rotazione della giostra, dove l'obiettivo è montato).
    1. Adattare la velocità di rotazione di destinazione per la dimensione dello spot e tasso di ripetizione per evitare due scatti consecutivi sovrapposti, potenzialmente condurre ad alcuni surriscaldamento locale o fusione del target e successivo fuori-stechiometria del laser. In Figura 4cviene fornita una descrizione visiva.
  7. Introdurre ossigeno nella camera finché non si ottiene una pressione parziale di ossigeno di 2 x 10-4 mbar. Rimuovere il contatore di energia. Pre-ablazione il bersaglio di LAO a 3 o 4 Hz per 20000 impulsi.
    Nota: Il laser deve essere impostare in modo che l'angolo tra il raggio e l'obiettivo è di 45° (Figura 4d). Questo relativamente lungo ablazione del singolo-obiettivo LAO è stato trovato per avere un ruolo determinante nella riproducibilità di LAO/STO campione a campione.

3. crescita di PLD:

  1. Eseguire una scansione di forza atomica (AFM) la microscopia di superficie del substrato STO precedentemente interrotta per verificare la cessazione, la morfologia e la pulizia (Figura 5).
  2. Utilizzando pasta d'argento, colla il substrato, con la superficie terminata rivolto verso l'alto, per un supporto del campione. Anche se l'orientamento del substrato non è rilevante, essere sicuri che esso è posto al centro del supporto (Figura 6un).
  3. Scaldarlo fino a circa 100 ° C per 10 min in modo che il solvente evapora e la pasta si solidifica (per conduzione termica ottimale). Lasciate che il portacampioni raffreddare.
  4. Inserire il supporto del campione all'interno del loadlock. Utilizzando il braccio all'interno del cluster, trasferire il portacampioni alla camera di XPS per analizzare le cime di ossigeno, carbonio e titanio (fare riferimento al passaggio 5 per maggiori dettagli).
  5. Trasferimento il portacampioni alla camera di PLD, con il substrato rivolto verso il basso verso il target di LAO (Figura 6b).
  6. Inserire l'ossigeno all'interno della camera di raggiungere una pressione parziale di ossigeno di 2 x 10-4 mbar. Alzare la temperatura del supporto del campione a 730 ° C (a 25 ° C/min).
  7. Utilizzando la diffrazione di elettroni riflettente ad alta energia (RHEED), allineare il fascio di elettroni al pascolo angolo (compreso tra 1° e 3°) con la superficie del substrato in modo che le macchie di diffrazione sono osservate sullo schermo al fosforo. Monitorare in tempo reale l'intensità di ogni spot utilizzando un software di analisi di immagine e telecamera CCD. Utilizzare una tensione di 30 kV e corrente di 40 µA.
  8. Posto il portacampioni 63 mm distante dal target.
    Nota: La distanza di destinazione al substrato potrebbe richiedere un certo grado di ottimizzazione in funzione della geometria del PLD setup utilizzato.
  9. Sparare il laser al fine di calibrare l'energia in modo che corrisponda a circa 1 J/cm2 (nello stesso modo come descritto al punto 2.4). Ancora una volta, usare una fessura rettangolare (6 x 16 mm) e un attenuatore esterno destra dopo l'uscita del laser per modulare la forma e l'energia del fascio (Figura 4a e 4b).
  10. Impostare la frequenza del laser di 1 Hz. Stop riprese il laser e rimuovere il contatore di energia.
  11. Iniziare la rotazione dell'obiettivo LAO (stesso modo come descritto al punto 2.6). Avviare le oscillazioni RHEED lettura. Attendere finché non si stabilizza.
  12. Cominciate a sparare il laser. Osservare il pennacchio (Figura 6c) e le oscillazioni RHEED (Figura 6d). Arrestare il laser al culmine di uno dell'oscillazione a seconda dello spessore desiderato.
    Nota: Ricordate che ogni oscillazione rappresenta una cella unitaria (uc) coltivata. Allo scopo di questo esperimento, crescere uc 1 e 2 per il trasporto e gli esperimenti spettroscopici, rispettivamente.
  13. Dopo la crescita è terminata, arresto la pistola RHEED e procedere alla fase post-ricottura.
    Nota: La fase post-ricottura avviene subito dopo la crescita è terminata.
    1. Per iniziare il post-ricottura, aumentare la pressione parziale di ossigeno nella camera da 2 x 10-4 mbar (pressione di crescita) a 1 x 10-1 mbar e diminuire la temperatura del supporto del campione da 730 ° C (temperatura di crescita) a 500 ° C.
    2. Dopo che la temperatura e la pressione sono stabilizzati, introdurre una pressione parziale di ossigeno statico di circa 300 mbar, mantenendo la temperatura del campione titolare a 500 ° C. Lasciare il campione in queste condizioni per 60 min.
  14. Raffreddare il campione a 25 ° C/min, tenendolo nella stessa pressione parziale di ossigeno fino a che raggiunga la temperatura ambiente.
  15. Trasferire il campione alla camera di XPS per studiare i cambiamenti possibili Valenza il picco di titanio o la concentrazione relativa di La/Al (fare riferimento al passaggio 5 per maggiori dettagli).
  16. Per garantire che la superficie di LAO è mantenuta incontaminata, trasferire il campione nel vuoto nella camera "sputtering" (Figura 7a), che viene mantenuto a tutti i tempi ad una pressione nella gamma di 10-8 mbar.
    Nota: Esecuzione di questi esperimenti ex situ causerà l'accumulo di carbonio e acqua sulla superficie che infine conduce ad alterato risultati.

4. magnetron Sputtering di Overlayers metallico:

Nota: A seconda del metallo desiderato, parametri quali pressioni Ar, correnti di deposizione e destinazione al substrato distanze potrebbero variare leggermente. Si consiglia di ottimizzare ogni processo di deposizione a seconda della geometria dell'installazione "sputtering" utilizzato. La seguente procedura descrive la deposizione di 3 nm di co.

  1. Collocare il campione con la superficie rivolta verso il basso verso il bersaglio.
  2. Inserire Ar puro all'interno della camera di polverizzazione per ottenere un'atmosfera di circa 4.5x10-4 mbar (circa 100 sccm).
  3. Posizionare il substrato (LAO/STO) circa 7 cm di distanza l'obiettivo di Co.
  4. Con l'otturatore chiuso, rampa di corrente fino a circa 100 mA (36 W) affinché il plasma è bruciato.
  5. Con un plasma stabile (Figura 7b), inferiore alla corrente di 80 mA (corrente di deposizione), come pure l'afflusso di Ar a 5,2 sccm. Garantire che il plasma rimane stabile.
  6. Pre-polverizza l'obiettivo di Co per circa 5 minuti rimuovere qualsiasi strato ossidato che si fossero formate sulla sua superficie.
  7. Con il campione a temperatura ambiente, aprire l'otturatore e deposito per 25 s. nelle vicinanze l'otturatore per concludere la deposizione.
    1. Per esperimenti di trasporto, deposito di uno strato di tappatura successivo di circa 3 nm di Al (la cui superficie passiva, formando uno strato protettivo di AlOx sopra l'esposizione all'aria) per prevenire l'ossidazione dello strato metallico sottostante.
      Nota: Il tasso di crescita non viene misurato direttamente all'interno della camera. A tal fine si sviluppano vari campioni con tempi diversi deposizione mentre usando gli stessi parametri. Quindi, misurare lo spessore di ciascun campione utilizzando riflettometria dei raggi x. Eseguire questa procedura una sola volta per ogni bersaglio metallico utilizzato.
  8. Rampa la corrente fino a zero, chiudere l'origine di Ar e l'alloggiamento della pompa.
  9. Trasferimento ancora una volta il portacampioni alla camera di XPS (Figura 8a) per controllare il cambiamento possibile valenza a livello 2P Ti, nonché una possibile ossidazione all'interfaccia metallo/LAO (fare riferimento al passaggio 5 per ulteriori informazioni).

5. in spettroscopia fotoelettronica a raggi x Situ:

  1. Collocare il campione con la superficie normale parallela allineato all'asse di analizzatore di elettroni (Figura 8b).
  2. Approccio la pistola a raggi x più vicino possibile al campione (evitare il contatto meccanico tra la fine della pistola e il portacampioni per evitare danni) e accenderlo.
    1. In questo esperimento, è necessario utilizzare un'origine di Mg Kα con un'energia di eccitazione di 1253,6 eV. Impostare il filamento per ottenere un'emissione di corrente di 20 mA a tensione anodica di 15 kV. Per quanto riguarda l'ottica di elettrone analizzatore, scegliere una fessura di entrata di 2 mm di diametro e un'uscita a taglio con forma rettangolare 5 x 11 mm.
      Nota: Consultare il manuale dell'installazione XPS usato per informazioni riguardanti la massima emissione correnti e tensioni dell'anodo. Inoltre, la dimensione di ingresso e uscita scivola potrebbe essere diversa per altre configurazioni specifiche. Se l'analizzatore ha caratteristiche diverse, è possibile scegliere le fessure in modo da evitare troppo alta intensità nell'unità di conteggio dell'elettrone.
  3. Dopo aver acceso la pistola a raggi x, assicurarsi che la camera sia in condizioni di ultra-alte vuoto (10-10 mbar portata). Raccogliere gli spettri di indagine (tra 0 e 1200 eV energia di legame) con un passo selezionato di 0.05 eV, un tempo di sosta pari a 0,5 s, un'energia di passaggio tra 30 e 60 eV e una modalità lente adeguata per ottenere il più piccolo formato di punto possibile. Regolare i valori a seconda della risoluzione destinato.
    1. Individuare la posizione dei picchi rilevanti (Figura 8c). Per statistiche migliori, misurare ogni picco più volte e media gli spettri raccolti.
  4. Analizzare gli spettri con adeguato software di elaborazione di XPS.
    1. Al fine di identificare gli elettroni da un determinato passaggio, definire un intervallo di energia che comprende la cima per analizzare.
    2. Creare una curva di sfondo appropriato (normalmente una Shirley sfondo14) e sottrarre i dati originali.
    3. Utilizzando riferimenti bibliografici15, individuare i possibili picchi che compongono il picco misurato. Prestare particolare attenzione ai tabulati distanze e intensità relative per diversi picchi.
      Nota: Un sguardo più in profondità in XPS dati raccolti è fornito nella sezione "Rappresentante risultati" pure come Rif.7.

6. Magnetotransport esperimenti:

  1. Utilizzando una macchina a ultrasuoni Cuneo-legame, legame filo il campione di metallo/LAO/STO con fili Al o Au contattare l'interfaccia sepolto ( Figura 9una).
    Nota: Selezionare una distanza appropriata di Cuneo a campione, la forza e il tempo, a seconda la configurazione utilizzata e il tipo di supporto di misura del trasporto.
  2. Utilizzare una geometria di 8 fili (4 in van der Pauw - canale 1 - e 4 in geometria Hall - canale 2-). Per effettuare questa operazione, avviare contattando uno dei canali di titolare di misura del trasporto ai quattro angoli del campione in van der Pauw geometria. Quindi, contattare un secondo canale per i contatti precedentemente fatto nell'esempio (Figura 9b).
  3. Verificare se i contatti sono buoni misurando la resistenza con un multimetro. Per garantire che il campione sia uniforme, verificare che la resistenza misurata in direzioni diverse è all'incirca la stessa, così che la van der Pauw R100≈R010 condizione è soddisfatta.
    Nota: Se R100 e R010 sono significativamente differenti, la misurazione di van der Pauw dovrebbe essere eseguita in entrambe le direzioni (in seguito Rif.16). Gli studi precedenti proprietà di trasporto elettrico anisotropo forte in LAO/STO17report.
  4. Montare il supporto in una configurazione di trasporto.
    1. Misurare la resistenza (canale 1) fino a 2 K.
    2. A bassa temperatura, misura in sequenza la magnetoresistenza (canale 1) ed effetto Hall (canale 2) eseguendo lo sweep di un campo magnetico esterno e perpendicolare (da -9 a 9 T), una corrente di in genere 10 a 100 µA per metallo/LAO/STO campioni di sourcing.
    3. Ripetere il punto 6.4.2. per 5K, 10K, 50k, 100K, K 200 e 300 K, al fine di osservare l'evoluzione di magnetoresistenza con temperatura.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

Il sistema completo sperimentale usato per la crescita e caratterizzazione è illustrato nella Figura 2. Avendo diverse configurazioni di memoria collegati in UHV attraverso una camera di distribuzione è altamente consigliato per accertarsi che la superficie del campione dopo ogni processo di crescita è mantenuto incontaminato. La camera di PLD (Figura 3), magnetron sputtering (Figura 7) e camera di X...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

Durante la chiusura del substrato, uno dovrebbe essere estremamente attento con il tempo sommergenti in soluzione di HF. Abbiamo osservato sotto - e sovra - etched superfici di varia solo 5 s per quanto riguarda la ricetta originale. Inoltre, abbiamo osservato una dipendenza tra substrato passo dimensioni e tempo di sommersione. Per dimensioni di passaggio inferiori (meno di 100 nm) sommergendo 30 s potrebbe portare a sovra-incisione, anche se in seguito la procedura di ricottura potrebbe essere sufficiente per ricostrui...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

Questo lavoro ha ricevuto sostegno dall'ERC Consolidator Grant n. 615759 "Menta", la regione Île-de-France DIM "Oxymore" (progetto "NEIMO") e il progetto ANR "NOMILOPS". H.N. era parzialmente supportati dal programma Core Core di EPSRC-JSPS, JSPS sovvenzione per la ricerca scientifica (B) (#15 H 03548). A.S. è stata sostenuta dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft (HO 53461-1; postdoctoral fellowship per A.S.). D.C.V. ringrazia il Ministero francese dell'istruzione superiore e ricerca e CNRS per il finanziamento della sua tesi di dottorato di ricerca. J.S. grazie l'Università Paris-Saclay (programma D'Alembert) e il CNRS per finanziare la sua permanenza al CNRS/Thales.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Deposizione laser pulsataSUPERFICIEPLD Workstation + UHV Cluster System
KrF Laser ad eccimericoerenteCompex Pro 201F
Riflessione Diffrazione di elettroni ad alta energia (pistola elettronica)R-Dec Co., Ltd.RDA-003Gdistribuito in Europa da SURFACE.
Diffrazione di elettroni ad alta energia a riflessione (telecamera CCD)k-Space Associates, Inc.kSA 400
Attenuatore di fascio laser variabileMetroluxML 2100
Sensore laser ad eccimericoerenteJ-50MUV-248
LaAlO3 targetCrysTecTarget monocristallino
SrTiO3 sottendiCrysTecDiverse dimensioni. Possibilità di ordinare TiO2 terminato.
Acido fluoridrico tamponato HF TechnicBOE 7:1= BOE 7:1 (HF : NH4F = 12,5 : 87,5%) in  Qualità VLSI.
Pasta d'argentoDuPont4929Nconduttivo Argento composito.
Pulitore ad ultrasuoniBransonic12da bagno per pulizia ad ultrasuoni
AET TechnologiesForno per trattamento termico Bicchiere
vetro borosilicatoVWR213-1128Forma Iow
Bicchiere in PTFEDynalon Bicchiere
Supporto per substrato "dipper"EberléBilanciere su misura
Magnetron SputteringPLASSYSSistema di sputtering5 camere per bersagli.
Obiettivi metalliciNeyco S.A.Purezza > 99,9%
Sistema di spettroscopia fotoelettronica a raggi XSorgenteOmicron Custom XPS System
raggi XOmicronDAR 400a doppio anodo.
Analizzatore di energiaOmicronEA 125
Microscopia a forza atomicaBrukerInnova AFM
Sonde per microscopia a forza atomicaOlympusOMCL-AC160TS-R3Micro Cantilevers
Wire bondingKulicke & Magnete Soffa4523AD
PPMSQuantum DesignPPMS Dynacool9T.
Forno tubolare inin PTFE di raggi X Sorgente di Sorgente di raggi X

Riferimenti

  1. Ohtomo, A., Hwang, H. Y. A high-mobility electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface. Nature. 427, 423-426 (2004).
  2. Stornaiuolo, D., et al. Tunable spin polarization and superconductivity in engineered oxide interfaces. Nat. Mater. 15 (3), 278-283 (2015).
  3. Chen, Y. Z., et al. Extreme mobility enhancement of two-dimensional electron gases at oxide interfaces by charge-transfer-induced modulation doping. Nat. Mater. 14 (8), 801-806 (2015).
  4. Rödel, T. C., et al. Universal Fabrication of 2D Electron Systems in Functional Oxides. Adv. Mater. 28 (10), 1976-1980 (2016).
  5. Xie, Y., Hikita, Y., Bell, C., Hwang, H. Y. Control of electronic conduction at an oxide heterointerface using surface polar adsorbates. Nat. Commun. 2, 494(2011).
  6. Scheiderer, P., Pfaff, F., Gabel, J., Kamp, M., Sing, M., Claessen, R. Surface-interface coupling in an oxide heterostructure: Impact of adsorbates on LaAlO3/SrTiO3. Phys. Rev. B. 92 (19), (2015).
  7. Vaz, D. C., et al. Tuning Up or Down the Critical Thickness in LaAlO3/SrTiO3 through In Situ Deposition of Metal Overlayers. Adv. Mater. 29 (28), 1700486(2017).
  8. Schlom, D. G. Perspective: Oxide molecular-beam epitaxy rocks. APL Mater. 3 (6), 1-6 (2015).
  9. Segal, Y., Ngai, J. H., Reiner, J. W., Walker, F. J., Ahn, C. H. X-ray photoemission studies of the metal-insulator transition in LaAlO3/SrTiO3 structures grown by molecular beam epitaxy. Phys. Rev. B. 80 (24), 241107(2009).
  10. Dildar, I. M., et al. Growing LaAlO3/SrTiO3 interfaces by sputter deposition. AIP Adv. 5 (6), 67156(2015).
  11. Kawasaki, M., et al. Atomic control of the SrTiO3 crystal surface. Science (80-). 266, 1540(1994).
  12. Zhang, J., et al. Depth-resolved subsurface defects in chemically etched SrTiO3. Appl. Phys. Lett. 94 (9), 1-4 (2009).
  13. Connell, J. G., Isaac, B. J., Ekanayake, G. B., Strachan, D. R., Seo, S. S. A. Preparation of atomically flat SrTiO3 surfaces using a deionized-water leaching and thermal annealing procedure. Appl. Phys. Lett. 101 (25), 98-101 (2012).
  14. van der Heide, P. X-ray Photoelectron Spectroscopy: An introduction to Principles and Practices. 2011, (2011).
  15. Wagner, C. D., Riggs, W. M., Davis, L. E., Moulder, J. F. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy. , John Wiley & Sons, Inc. Eden Prairie, Minnesota, USA. (1979).
  16. van der Pauw, L. J. A method of measuring the resistivity and Hall coefficient on lamellae of arbitrary shape. Philips Tech. Rev. 20, 220-224 (1958).
  17. Brinks, P., Siemons, W., Kleibeuker, J. E., Koster, G., Rijnders, G., Huijben, M. Anisotropic electrical transport properties of a two-dimensional electron gas at SrTiO3-LaAlO3 interfaces. Appl. Phys. Lett. 98 (24), 242904(2011).
  18. Lesne, E. Non-Equilibrium Spin Accumulation Phenomenon at the LaAlO3/SrTiO3(001) Quasi-Two-Dimensional Electron System. , Université Pierre et Marie Curie. France. Ph.D. Thesis (2015).
  19. Sato, H. K., Bell, C., Hikita, Y., Hwang, H. Y. Stoichiometry control of the electronic properties of the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface. Appl. Phys. Lett. 102 (25), 251602(2013).
  20. Warusawithana, M. P., et al. LaAlO3 stoichiometry is key to electron liquid formation at LaAlO3/SrTiO3 interfaces. Nat. Commun. 4, (2013).
  21. Arras, R., Ruiz, V. G., Pickett, W. E., Pentcheva, R. Tuning the two-dimensional electron gas at the LaAlO3/SrTiO3(001) interface by metallic contacts. Phys. Rev. B. 85 (12), (2012).
  22. Fu, Q., Wagner, T. Interaction of nanostructured metal overlayers with oxide surfaces. Surf. Sci. Rep. 62 (11), 431-498 (2007).
  23. Chen, Y., et al. Metallic and Insulating Interfaces of Amorphous SrTiO3-based Oxide Heterostructures. Nano Lett. 11 (9), 3774-3778 (2011).
  24. Posadas, A. B., et al. Scavenging of oxygen from SrTiO3 during oxide thin film deposition and the formation of interfacial 2DEGs. J. Appl. Phys. 121 (10), (2017).
  25. Sing, M., et al. Profiling the interface electron gas of LaAlO3/SrTiO3 heterostructures with hard x-ray photoelectron spectroscopy. Phys. Rev. Lett. 102 (17), (2009).
  26. Hasegawa, S. Reflection High-Energy Electron. Charact. Mater. , (October 2012) 1925-1938 (2012).
  27. Wrobel, F., et al. Comparative study of LaNiO3/LaAlO3 heterostructures grown by pulsed laser deposition and oxide molecular beam epitaxy. Appl. Phys. Lett. 110 (4), 0-5 (2017).
  28. Blank, D. H. A., Dekkers, M., Rijnders, G. Pulsed laser deposition in Twente: from research tool towards industrial deposition. J. Phys. D. Appl. Phys. 47 (3), 34006(2014).
  29. Preziosi, D., Sander, A., Barthélémy, A., Bibes, M. Reproducibility and off-stoichiometry issues in nickelate thin films grown by pulsed laser deposition. AIP Adv. 7 (1), (2017).
  30. Hensling, F. V. E., Xu, C., Gunkel, F., Dittmann, R. Unraveling the enhanced Oxygen Vacancy Formation in Complex Oxides during Annealing and Growth. Sci. Rep. 7, 39953(2017).
  31. Xu, C., Bäumer, C., Heinen, R. A., Hoffmann-Eifert, S., Gunkel, F., Dittmann, R. Disentanglement of growth dynamic and thermodynamic effects in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures. Sci. Rep. 6, 22410(2016).
  32. Breckenfeld, E., et al. Effect of growth induced (non)stoichiometry on interfacial conductance in LaAlO3/SrTiO3. Phys. Rev. Lett. 110 (19), (2013).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Tag

Eterostrutture metallo LAO STOdeposizione mediante laser pulsatosputtering magnetronicospettroscopia fotoelettronica a raggi Xesperimenti di magnetotrasportosistema elettronico quasi 2Dspessore critico di LAOultra alto vuotocrescita di eterostrutture di ossidiconduttivit interfacciale
Crescita ed elettrostatico/chimica proprietà di metallo/LaAlO3/SrTiO3 eterostrutture
Contattaci
Raccomanda alla biblioteca

Privacy

Termini di utilizzo

Politiche

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Tutti i diritti riservati.