성장 및 정전기/화학 속성의 금속/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

요약

우리는 금속/LaAlO₃/SrTiO₃ heterostructures 펄스 레이저 증 착 및 현장에서 마 그 네트 론 스퍼터 링의 조합을 사용 하 여 조작. Magnetotransport와 제자리에서 엑스레이 광전자 분광학 실험을 통해 우리는이 시스템에 준 2 차원 전자 가스의 정전기와 화학 현상 사이 상호 작용 조사.

초록

즉 2D 전자 시스템 (q2DES) LaAlO₃ (라오스)와 SrTiO₃ (STO) 사이의 인터페이스에서 형성 하는 산화물 전자 커뮤니티에서 많은 관심을 끌고있다. 그것의 전형적인 특징 중 하나 등장 하 계면 전도도 대 한 4 단위-세포 (uc)의 중요 한 라오스 두께의 실존 이다. 이 중요 한 두께의 존재를 설명 하기 위해 과거에 정전기 메커니즘 제안 되었습니다, 비록 화학 결함의 중요성 최근 두 드러 것. 여기, 우리는 초고 진공 (UHV) 클러스터 시스템에 펄스 레이저 증 착 (하는 라오스 성장), 마 그 네트 론 (성장 금속)를 스퍼터 링 및 엑스레이 광전자 분광학 (XPS) 결합 금속/라오스/스토 heterostructures의 성장을 설명 합니다. 우리는 q2DES와 화학 사이의 상호 작용에 발생 하는 금속 및 라오스/STO의 진화와 형성 단계적으로 공부. 또한, magnetotransport 실험 전송에는 q2DES의 전자 속성을 명료 하 게. 이 체계적인 작업 뿐만 아니라 정전기와 화학는 q2DES와 그것의 환경 사이 상호 작용을 공부 하는 방법을 보여 줍니다 하지만 또한 2 차원에서 풍부한 물리학 몇 다기능 상한 레이어에 가능성을 잠금 해제 전자 시스템, 새로운 유형의 장치 제조를 허용.

서론

즉 2D 전자 시스템 (q2DES) 광범위 하 게 사용 되었습니다 놀이터로 다양 한 저 차원 연구 및 양자 현상. (라오스/STO)¹, 새로운 계면 전자 단계를 호스트 하는 다른 시스템의 LaAlO₃/SrTiO₃ 시스템에 정액 종이에서 출발 생성 되었습니다. 다른 재료를 결합 하 여 전기 분야 가변 스핀 분극², 매우 높은 전자 mobilities³ 또는 ferroelectricity 결합 현상⁴같은 추가 속성을 가진 q2DESs의 발견에 지도 했다. 작품의 엄청난 몸 푸는 생성 및 이러한 시스템의 조작에 전념 하고있다, 비록 여러 실험 및 기술 나타났습니다 모순 된 결과, 오히려 비슷한 조건에서 조차. 또한, 정전기와 화학 상호 작용 사이의 균형에서 물리학 게임^5,,67제대로 알아야이 필수적인 것으로 발견 되었다.

이 문서에서는, 우리가 철저 하 게 설명 다른 금속/라....

프로토콜

참고: 이 프로토콜에서 설명 하는 모든 5 단계 일시 중지 하 고 샘플 단계 3.4-5에서에서 높은 진공 아래 유지 됩니다 단일 조건으로 언제 든 지 다시 시작할 수 있습니다.

1. STO(001) 기판 종료:

1. 물 (와 함께 40 kHz 변환기) 초음파 세탁 기술자를 60 ° c가 열 아세톤과 붕 규 산 유리 비 커를 채우십시오. 비이 커 크기에 관계 없이 그것을 채우기 위해 적어도 20%는 기판에 잠긴 잘 되도록 그것의 최대 볼륨의 해야 합니다.
   1. 붕 규 산 유리 비 커 안에 상자 믹스 종료 단일 사이드 광택된 (001) 지향 STO 단일 크리스탈 기판 (55 m m² 측면 크기, 두께, 0.01 0.02 ° 사이의 각도 miscut에 0.5 m m)의 밖으로 장소.
   2. 3 분 건조에 아세톤에 기판 약 5 바의 운영 압력을 가진 질소 타격 총을 사용 하 여 기판 sonicate.
2. 소 프로 파 놀을 사용 하 여 단계 1.1의 절차를 반복 하 고 다음 저온.
3. 장소에 polyvinylidene 불, PVDF,그림 1(a

결과

전체 실험 시스템 성장 및 특성에 사용 되는 그림 2에 표시 됩니다. UHV에서 배포 챔버를 통해 연결 된 다른 설정 하는 데 좋습니다 되도록 샘플의 표면 후 각 성장 과정 깨끗 한 유지 됩니다. PLD 챔버 (그림 3), 마 그 네트 론 스퍼터 링 (그림 7) 및 XPS 챔버 (그림 8)도 자세히 설명 합니다. PLD 설치에 광학 경로 대 한 자세한 내용은 그림 4는 4b (참고.¹⁸에서 적응)에 표시 됩니다. 우리 주의 각 기술에 대 한 프로토콜에서 설명 하는 조건 각 챔버, 사용 대상의 형식이 나 장.......

토론

기판 종료 동안 하나 HF 솔루션에서 submerging 시간으로 매우 조심 해야 한다. 우리는 다양 한 그냥 5 아래 그리고에 etched 표면 관찰 원래의 제조 법에 관한 s. 또한, 기판 스텝 크기와 잠수 시간 사이 의존을 관찰 합니다. 작은 단계 크기에 대 한 (100 미만 nm) 30 잠수 후 어 닐 링 절차 제대로 표면 재구성 하기에 충분 한 수 있습니다 비록 s-에칭 이어질 수도 있습니다. 기반으로 HF 산을 사용 하 여 위험 때문에 우리는 또한 HCl HNO₃ 산 성 솔루션 종료¹² 또는 비슷한 결과를 지도 해야 하는 산이 없는 종료 기법¹³ 의 최적화 조언.

에 관한 라오어의 성장 좋습니다 단 결정 목표를 사용 하 여 특정 종의 가능한 우선 절제를 피하기 위해, 있는 발생할 수 있습니다 예를 들어 세라믹/소 결 목표에. 우리의 경우, 세라믹 대상으로 샘플 샘플.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
펄스 레이저 증착	SURFACE	PLD 워크스테이션 + UHV 클러스터 시스템
KrF 엑시머 레이저	코히런트	Compex Pro 201F
반사 고에너지 전자 회절(전자총)	R-Dec Co., Ltd.	RDA-003G	SURFACE를 통해 유럽에 배포됩니다.
반사 고에너지 전자 회절(CCD 카메라)	k-Space Associates, Inc.	kSA 400
가변 레이저 빔 감쇠기	Metrolux	ML 2100
엑시머 레이저 센서	Coherent	J-50MUV-248
LaAlO3 타겟	CrysTec		단결정 타겟
SrTiO3 서브	CrysTec		은 다양한 크기를 사용합니다. TiO2 주문 가능 여부가 종료되었습니다.
완충된 HF Acid	Technic	BOE 7:1	완충된 불화 수소산 = BOE 7:1 (HF : NH4F = 12.5 : 87.5%) in  VLSI 품질.
은 페이스트	DuPont	4929N	전도성 은 복합재.
초음파 세척기	Bransonic	12	초음파 세척 욕조
튜브 가열로	AET Technologies	열처리 가열로
보로실리케이트 유리 비커	VWR	213-1128	Iow 형태
PTFE 비커	Dynalon	PTFE 비커
기판 홀더 "디퍼"	Eberlé		맞춤형 디퍼
마그네트론 스퍼터링	PLASSYS	스퍼터링 시스템	타겟 용 5 챔버.
금속, Neyco	S.A.		순도 > 99.9%
X선 광전자 분광 시스템	오미크론	맞춤형 XPS 시스템
X선 소스	오미크론	DAR 400	트윈 양극 X선 소스.
에너지 분석기	Omicron	EA 125
원자력 현미경	Bruker	Innova AFM
원자력 현미경 프로브	Olympus	OMCL-AC160TS-R3	마이크로 캔틸레버
와이어 본딩	Kulicke & Soffa	4523AD
PPMS	양자 디자인	PPMS Dynacool	9T 자석.

는 레이트 표적