Name: Una fabbricazione e un metodo di misurazione per un elemento ferroelettrico flessibile basato su eteroepitassia di Van Der Waals (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 40 s
Description: Scopri la fabbricazione di elementi ferroelettrici flessibili basati su eteroepitassia di Van Der Waals usando PZT su mica muscovite. Questo metodo consente lo sviluppo di dispositivi elettronici flessibili ad alte prestazioni.

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Questo lavoro è stato supportato dalla Fondazione nazionale di scienze naturali della Cina (Grant nn. 11402221 e 11502224), la simulazione di stato chiave laboratorio di intensa pulsata radiazione ed effetto (SKLIPR1513) e Hunan provinciale chiave ricerca e piano di sviluppo (n. 2016 WK 2014).

1. fabbricazione flessibile PZT film sottili
<ol><li>Tagliare un substrato di mica di 1 x 1 cm da un foglio di mica con le forbici.</li>
	<li>Difficoltà questo substrato di mica di 1 x 1 cm su una scrivania utilizzando il nastro biadesivo.</li>
	<li>Utilizzare una pinzetta per peel-off il mica--strati fino allo spessore desiderato (50 µm), misurato con un micrometro.</li>
	<li>Incolla questo appena spaccati substrati di mica su un supporto di substrato 5 ' utilizzando un sottile strato di vernice argento e curarla a 120 ° C su una piastra calda per 10 minuti ad apporre mica su substrato saldamente.</li>
	<li>Mettere il titolare substrato PLD (Pulsed Laser Deposition) nella camera di PLD.</li>
	<li>Selezionare il tasso di ripetizione (ad es., 10 Hz) ed energia (ad esempio, 300 mJ) del laser.</li>
	<li>Spostare la lente di focalizzazione alla posizione impostata.</li>
	<li>Aprire l'otturatore e depositare un 5 nm CoFe2O4 (CFO) [energia del Laser: 300 mJ, pressione dell'ossigeno: 50 mTorr, temperatura del campione: 590 ° C, tempo di deposizione: 5 min] film sottile come uno strato cuscinetto innescando il laser (Figura 1).</li>
	<li>Depositare un 20-80 nm SrRuO3 (SRO) [energia del Laser: 300 mJ, pressione dell'ossigeno: 100 mTorr, temperatura del campione: 680 ° C, tempo di deposizione: 10-30 min] sul livello di buffer CFO come l'elettrodo inferiore per prove successive prestazioni elettriche innescando il (laser Figura 1).</li>
	<li>Deposito a circa 150 nm PZT [energia del Laser: 300 mJ, pressione dell'ossigeno: 100 mTorr, temperatura del campione: 650 ° C, tempo di deposizione: 60 min] sottile pellicola nella parte superiore dell'elettrodo inferiore di SRO innescando il laser (Figura 1).</li>
	<li>Sfiatare la camera usando N2 e rimuovere il campione PZT/mica (Figura 2) quando la temperatura raggiunge la temperatura ambiente.</li>
	<li>Porre il campione su un pezzo di vetro.</li>
	<li>Mettere una mesh predefinita con 200 micron di diametro sulla parte superiore del campione. Fissare bene la mesh e mettere maglia-campione nella camera di sputtering.</li>
	<li>Uso DC sputtering (10 mA, 8 mbar, 6 min) a depositare Pt superiori elettrodi sulla pellicola. Rimuovere il campione dopo il sputtering.</li>
	<li>Utilizzare un coltello o 20% acido HF per rimuovere una sezione PZT di 1 x 1 mm. Si tratta di svelare l'elettrodo di SRO di fondo e formare tanti piccoli condensatori ferroelettrici flessibile. Nota: Crescere SRO come l'elettrodo inferiore e poi depositare Pt sopra gli elettrodi sui film da DC sputtering per formare molti piccoli condensatori per misurare le proprietà elettroniche dei film sottili PZT, che è illustrato nella Figura 3.</li>
	<li>Dipingere un cappotto d'argento conduttivo su OAD esposta per aumentare la conduttività elettrica dell'elettrodo inferiore SRO. Garantire che l'argento conduttivo può contattare l'OAD esposta.</li>
</ol>2. ferroelettrici caratterizzazione
<ol><li>Prova di flessione<ol>
<li>Sul retro del campione flessibile, incollare un pezzo di carta con le stesse dimensioni come il campione per un facile trasferimento del campione da uno stadio a altro.</li>
		<li>Posto il PZT/mica su consiglio di prova dell'analizzatore di dispositivo a semiconduttore e del sistema di test ferroelettrici.</li>
		<li>Mettere una sonda di misura dell'analizzatore di dispositivo a semiconduttore e sistema ferroelettrici prova sull'elettrodo superiore Pt e l'altra sonda di misurazione sullo strato di argento-SRO per ottenere i cicli di isteresi di campo di polarizzazione-elettrico (P-E) e curve di capacità elettrica campo (C-E) mentre il campione è raddrizzato.<ol>
<li>Misurare i cicli di isteresi di P-E con le due sonde ad una frequenza di 2 kHz e alle 4 curve V. misura il C-E con le due sonde ad una frequenza di 1 MHz e a 4 V. Rimuovi il campione raddrizzato.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Fissare il flessibile film sottile PZT/mica sullo stampo desiderato utilizzando il nastro biadesivo. Prestare attenzione per evitare lo scivolamento/scorrimento di mica durante la misurazione.</li>
		<li>Montarlo sulla scheda prova dell'analizzatore di dispositivo ferroelettrici test di sistema e dei semiconduttori.</li>
		<li>Mettere una sonda sull'elettrodo superiore Pt mentre l'altra sonda tocca l'elettrodo di SRO di fondo attraverso l'argento rivestimento simile alla configurazione utilizzata in precedenza (punto 2.1.3).</li>
		<li>Misurare la P-E cicli di isteresi e curve C-E in varie trazione e compressione (Figura 4) raggi di curvatura.<ol>
<li>Misurare i cicli di isteresi di P-E con le due sonde ad una frequenza di 2 kHz e alle 4 curve di misura V. il C-E con le due sonde ad una frequenza di 1 MHz e a 4 V.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Rimuovere il campione PZT flessibile quando le misurazioni P-E e C-E sono state completate.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Stabilità termica<ol>
<li>Mettere la PZT/mica sulla scheda di prova dell'analizzatore di dispositivo a semiconduttore e del sistema di test ferroelettrici.</li>
		<li>Inserire una sonda di misura sull'elettrodo superiore Pt e l'altra sonda di misurazione sullo strato di argento-SRO.</li>
		<li>Aprire il sistema di controllo di temperatura per riscaldare il campione.</li>
		<li>Condurre le misurazioni P-E e C-E a diverse temperature (25 ° C, 50 ° C, 75 ° C, 100 ° C, 125 ° C, 150 ° C, 175 ° C).</li>
		<li>Spegnere il gruppo riscaldatore dopo le misurazioni sono fatto.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prove di flessione ciclabilità<ol>
<li>Montare il flessibile PZT/mica nelle due scanalature di questa configurazione.</li>
		<li>Fissare un'estremità del campione mentre è piegato da altra estremità con l'aiuto di un motore.</li>
		<li>Usare un righello per misurare la lunghezza PZT/mica insieme con la direzione del movimento (flessione) del motore prima del 8 mm piegatura processo (Figura 5).</li>
		<li>Calcolare la lunghezza del movimento C per piegare il campione 5 mm secondo la formula: C=L-2Rsin(L/2R), dove L è la lunghezza di PZT/mica stato raddrizzato, R è il raggio di curvatura, e C è la lunghezza del movimento del motore.</li>
		<li>Impostare il numero di cicli (1000) di piegatura nel computer (Figura 6).</li>
		<li>Fare clic sul pulsante Start (Figura 6) per avviare il movimento del motore avanti e indietro.</li>
		<li>Rimuovere l'esempio e misurare la P-E per verificare se le proprietà ferroelettriche vengono mantenute.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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<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>
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</ol>

Gli autori non hanno nessun concorrenti interessi finanziari di divulgare.

Il passo chiave nella fabbricazione di elementi ferroelettrici risiede nell'uso di una superficie di substrato pulito e persino/piatto. Anche se appena fenduti mica superficie è atomicamente liscia, è necessario prestare attenzione ad evitare che le superfici sofferenza visibile scheggiarsi, split strati, cricche, inclusioni, ecc dopo la deposizione dello strato PZT, il campione è stato raffreddato sotto un pressione di ossigeno ad alta (200-500 Torr) per ridurre i posti vacanti di ossigeno. Ex situ ele...

Il successo produzione di elementi di memoria non volatile flessibile (NVME) svolge un ruolo chiave nello sfruttare il pieno potenziale di elettronica flessibile. NVME deve dispongono di peso leggero, basso costo, basso consumo consumo, velocità e capacità di storage ad alta densità oltre alla memorizzazione dei dati, elaborazione dell'informazione e della comunicazione. Pb perovskite (Zr, Ti) O3 (PZT) agisce come un sistema popolare per tali applicazioni, considerando la sua grande polarizzazione, veloce polarizzazione switching, alta temperatura di Curie, basso campo coercitivo e alto coefficente piezoelettrico. Nelle memorie non volatili ferroelettriche, un impulso di tensione esterna può passare le polarizzazioni di due residuo tra due direzioni stabili, rappresentate da '0' e '1'. È non volatile, e il processo di lettura/scrittura può essere completato in nanosecondi. NVME basato su organico1,2,3,4,5,6 e inorganici7,8,9,10 ,11,12,13,14,15 materiali ferroelettrici sono state tentate su substrati flessibili. Tuttavia, tale integrazione è limitata dalla non solo incapacità dei substrati di crescita ad alta temperatura, ma anche le prestazioni del dispositivo degradati, dispersione di corrente e corto circuito elettrico grazie alle loro superfici più ruvide. Nonostante risultati promettenti, si alternano come l'assottigliamento del substrato8 strategie e il trasferimento di strato epitassiale su un substrato flessibile15 soffrire limitata redditività in considerazione il sofisticato processo multifasico, il imprevedibilità del trasferimento e la limitata applicabilità.
Per tali ragioni è fondamentale per esplorare un substrato appropriato che è in grado di superare la limitata stabilità termica e operativa di substrati morbidi per avanzare ulteriormente elettronica flessibile. Una mica muscovite naturale (KAl2(AlSi3O10) (OH)2) substrato con caratteristiche uniche come atomicamente lisciare superfici, elevata stabilità termica, inerzia chimica, elevata trasparenza, flessibilità meccanica, e compatibilità con i metodi attuali di fabbricazione può essere utilizzato per affrontare efficacemente questi problemi. Più così, la struttura a strati bidimensionale di mica monoclino supporta epitassia di van der Waals, che mitiga la grata e termico corrispondenti condizioni, quindi significativamente sopprimere il substrato effetto di bloccaggio. Questi vantaggi sono stati sfruttati nella crescita diretta di ossidi funzionali16,17,18,19,20,21,22, 23 il moscovita recentemente, in vista di applicazioni dispositivo flessibile.
Qui, descriviamo un protocollo per crescere direttamente epitassiale film sottili di piombo ma flessibile zirconio titanato (PZT) su mica muscovite. Ciò è ottenuto attraverso un processo di deposizione laser pulsato basandosi sulle proprietà versatili di mica, con conseguente eteroepitassia di van der Waals. Tali strutture fabbricate conservano tutte le proprietà superiori di PZT epitassiali su substrati cristallini singoli rigidi ed esibisce eccellente stabilità termica e meccanica. Questo approccio semplice ed affidabile fornisce un vantaggio tecnologico rispetto multistep-trasferimento e substrato assottigliamento strategie e facilita lo sviluppo di elementi molto atteso flessibile ma single-cristallina memoria non-volatile dei prerequisiti per dispositivi intelligenti di nuova generazione ad alte prestazioni.

<table><tbody><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>hot plate</td><td>Polish</td><td>P-20</td><td></td></tr><tr><td>PLD system</td><td>PVD products</td><td>PLD 5000</td><td></td></tr><tr><td>Sistema di test ferroelettrico&nbsp;</td><td>Radiant Technologies Postazioni di lavoro di precisione&nbsp;</td><td>RT66A</td><td></td></tr><tr><td>Analizzatore di dispositivi a semiconduttore&nbsp;</td><td>Agilent&nbsp;</td><td>B1500A</td><td></td></tr><tr><td>Stampi di piegatura</td> fatti <td>in casa</td><td></td><td>Materiale di teflon lavorato</td></tr> a <tr>macchina<td>Fase di piegatura</td><td>Configurazione interfacciata Labview costruita in casa che fornisce un displacemnt di precisione fino a 1 micrometro</td><td></td> Sistema di sputtering Pechino <td></td></tr><tr><td></td><td> Elaborato</td><td>ETD-3000</td><td></td></tr><tr><td><forte>Materiali</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>mica (001) fogli</td><td>Nilaco corporation&nbsp;</td><td></td><td></td>990066</tr><tr><td>vernice conduttiva argento</td><td>Ted Pella, INC</td><td>No.16033</td><td></td></tr><tr><td>CoFe2O4 bersaglio</td><td>Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SrRuO3 bersaglio</td><td>Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PbZr0.2Ti0.8O3 target</td><td>Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pt bersaglio</td><td>Hefei Ke jing</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

una fabbricazione e un metodo di misurazione per un elemento ferroelettrico flessibile basato su eteroepitassia di van der waals

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

Memorie non-volatili flessibile hanno ricevuto molta attenzione in quanto sono applicabili per dispositivo elettronico intelligente in futuro, basandosi sulla memorizzazione dei dati ad alta densità e funzionalità a basso consumo energetico. Tuttavia, la memoria non volatile di ossido di alta qualità basato su substrati flessibili spesso è limitata dalla caratteristiche del materiale e del processo di fabbricazione ad alta temperatura inevitabile. In questa carta, un protocollo è proposto a crescere direttamente un epitassiale ma flessibile piombo zirconio titanato memoria elemento su mica muscovite. Il metodo di misura e tecnica di deposizione versatili permettono la fabbricazione di elementi di memoria non-volatile flessibile ma single-cristallino necessari per la prossima generazione di dispositivi intelligenti.

Film sottili epitassiali PZT/SRO/CFO/mica sono stati depositati con la tecnica di deposizione laser pulsato come indicato nel passaggio 1. La figura 1 Mostra lo schema di crescita e la figura 2 Mostra un effettivo elemento NVM flessibile basato sul PZT.

Stabilità meccanica è un aspetto cruciale dell'applicazione dispositivo flessibile. Le prestazioni ferroelettr...

In questa carta, presentiamo un protocollo a crescere direttamente un epitassiale ancora elemento di memoria titanato di piombo flessibile zirconio su mica muscovite.

Una fabbricazione e un metodo di misurazione per un elemento ferroelettrico flessibile basato su eteroepitassia di 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 metodo di fabbricazione e misurazione per elementi ferroelettrici flessibili basato sull'eteroepitassia di van der Waals.Introduzione. Fabbricazione di film sottili flessibili PZT. Taglia un substrato di mica di un centimetro per un centimetro da un foglio di mica con le forbici.Fissa questo substrato di mica di un centimetro per un centimetro su una scrivania, usando del nastro biadesivo. Con le pinzette staccare la mica, strato per strato, fino allo spessore desiderato, misurato con un micrometro. Incollare questo substrato di mica appena tagliato su un supporto per substrato da cinque pollici, utilizzando un sottile strato di vernice d'argento, e polimerizzarlo a 120 gradi centigradi su una piastra calda per 10 minuti per fissare saldamente la mica su un substrato.Inserire il supporto del substrato PLD nella camera PLD. Selezionare la frequenza di ripetizione e l'energia del laser. Spostare la lente di messa a fuoco nella posizione impostata.Apri lo shatter e deposita una pellicola sottile CFO di cinque millimetri come strato tampone, attivando il laser. Depositare un SRO da 20 a 18 millimetri sullo strato tampone SAFO come elettrodo inferiore per i successivi test delle prestazioni elettriche, attivando il laser. Depositare un film sottile PZT da 115 millimetri sulla parte superiore dell'elettrodo inferiore SRO, attivando il laser.Sfiatare la camera utilizzando una provetta e rimuovere il PZT sul campione di mica quando la temperatura raggiunge la temperatura ambiente. Metti il campione su un pezzo di vetro. Mettere una rete pre-progettata con un diametro di 200 micrometri sopra il campione.Fissare bene la rete e mettere il campione di rete nella camera di sputtering. Utilizzare lo sputtering del CD per depositare gli elettrodi superiori in platino sulla pellicola. Rimuovere il campione dopo lo sputtering.Utilizzare un coltello o acido fluoridrico al 20% per rimuovere una sezione di PZT di quasi un millimetro per un millimetro. Questo serve a scoprire l'elettrodo SRO inferiore e formare molti piccoli condensatori ferroelettrici flessibili. Dipingi uno strato di argento conduttivo sull'SRO esposto per aumentare la conduttività elettrica dell'elettrodo SRO inferiore.Assicurarsi che l'argento conduttivo possa entrare in contatto con l'SRO esposto. Prova di flessione di caratterizzazione ferroelettrica. Sul retro del campione flessibile, incollare un pezzo di carta della stessa dimensione del campione, per un facile trasferimento del campione da una fase all'altra.Posizionare l'omega PZT su una barca di prova del sistema di tester ferroelettrico in un analizzatore di dispositivi a semiconduttore. Mettere una sonda di misura del sistema di tester ferroelettrico e l'analizzatore del dispositivo a semiconduttore sull'elettrodo superiore in platino, quindi posizionare l'altra sonda di misurazione sullo strato SRO d'argento per fornire i loop di isteresi del campo elettrico di polarizzazione e le curve del campo elettrico del condensatore mentre il campione non è piegato. Misurare i loop di isteresi P con le due sonde a una frequenza di due kilohertz e a quattro Watt.Misurare le curve CE con le due sonde a una frequenza di un megahertz e aggiungere quattro Watt. Rimuovere il campione ambientale. Fissare il PZT flessibile o la pellicola sottile di mica sulla modalità di disabilitazione utilizzando del nastro biadesivo.Fare attenzione ad evitare lo scivolamento o lo scivolamento della mica durante le misurazioni. Montalo sulla scheda del tester del sistema di tester ferroelettrico e dell'analizzatore del dispositivo a semiconduttore. Posizionare una sonda sull'elettrodo superiore in platino mentre l'altra sonda tocca l'elettrodo SRO inferiore attraverso la codifica in argento simile alla configurazione utilizzata in precedenza.Misurare i circuiti di isteresi P e le curve CE sotto vari raggi di curvatura a tinta e compressione. Misurare i loop di isteresi P con le due sonde a una frequenza di due kilohertz e aggiungere quattro Watt. Misurare le curve CE con le due sonde a una frequenza di un megahertz e aggiungere quattro Watt.Rimuovere il campione PZT flessibile una volta completate le misure PE e CE. Caratterizzazione ferroelettrica, stabilità termica. Metti il PZT o la mica sulla barca del tester del sistema di tester ferroelettrico e dell'analizzatore del dispositivo a semiconduttore.Posizionare una sonda di misura sull'elettrodo superiore in platino e l'altra sonda di misura sullo strato sera SrO. Aprire il sistema di controllo della temperatura per riscaldare il campione. Eseguire le misurazioni PE e CE a diverse temperature.Spegnere il gruppo riscaldatore al termine delle misurazioni. Caratterizzazione ferroelettrica, prove di ciclicità a flessione. Monta il PZT flessibile o la mica nelle due scanalature di questa configurazione.Fissare un'estremità del campione dove è piegato dall'altra estremità con otto modelli AVO. Utilizzare un righello per misurare la lente PZT o mica insieme alla direzione di movimento del motore prima del processo di piegatura di otto millimetri. Calcola il movimento verso la lente C per piegare il campione di cinque millimetri secondo la formula dove l'area è la lente di PZT o mica in uno stato piegato.R è il raggio di curvatura e C è la lente di movimento del motore. Impostare il numero di cicli di piegatura 1.000 nel computer. Fare clic sul pulsante di avvio per avviare il movimento avanti e indietro del motore.Rimuovere il campione e il VPE principale per verificare se le proprietà ferroelettriche vengono mantenute. Risultati rappresentativi. L'epitectura di film sottili di mica PZT, SRO, CFO è stata depositata e si supponeva che la tecnica di posizione fosse laserata, come descritto nel primo passaggio.La Figura 1 mostra il guadagno lordo e la Figura 2 mostra un elemento MVM flessibile effettivo al meglio sul PZT. La stabilità meccanica è un aspetto cruciale dell'applicazione flessibile dei dispositivi. Le prestazioni ferroelettriche al microscopio dell'eterostruttura rispetto alla flessione meccanica sono state valutate sia sulla flessione a trazione che su quella a compressione.Le figure 7A e 7B mostrano i circuiti di isteresi PE e CE dei condensatori PZT e i vari raggi di curvatura di compressione e trazione. La Figura 7C mostra la costante della polarizzazione satura. La polarizzazione elettrica residua potrebbe sollecitare i filamenti.E i valori di capacità all'interno di errori sperimentali e diversi raggi di curvatura. Ciò risulta solo che i condensatori a film sottile PZT mantengono stabile la pratica elettrica e i vincoli meccanici richiesti per l'applicazione del dispositivo elettronico flessibile che è stata anche presa dalla spettroscopia raman. I circuiti di isteresi del campo elettrico di polarizzazione ben saturi e simmetrici e il campo elettrico di capacità con le curve a farfalla della struttura etero misurate a un megahertz e la temperatura di curvatura da 25 a 175 gradi centigradi per un nuovo dispositivo sono mostrati rispettivamente in Fig 8A e 8B.Questo condensatore ferroelettrico è alla migliore polarizzazione a saturazione costante. Un residuo di polarizzazione si verifica nel campo e nella capacità nell'intervallo di temperatura più ampio, come mostrato nella Figura 8C. La struttura etero mantiene inoltre un'elevata ritenzione e resistenza a temperatura ambiente e a 100 gradi centigradi.Questo processo implica che l'eterostruttura PZT o mica può avere potenziali applicazioni in dispositivi elettronici ad alta temperatura. Sono stati effettuati una serie di test di cilabilità per convalidare le strutture PZT o etero mica per applicazioni pratiche. La Figura 9 mostra i loop PE prima e dopo 1.000 cicli di flessione sia in stato di deformazione stagnante che in quello di deformazione a compressione.I loop PE con diversi movimenti di piegatura vengono visualizzati verticalmente per comodità. Non vale la pena che la struttura etero mantenga il suo comportamento ferroelettrico anche dopo 1.000 cicli di curvatura con un raggio di curvatura di cinque millimetri rispettivamente della naturale deformazione di flessione. Conclusione.

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