방법 논문

고주파 마 그 네트 론 스퍼터 링 GdBa2Cu3O7−δ의 라0.67SrTiO3 (STO) 단 결정 기판에 Sr0.33MnO3 준 bilayer 영화 /

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DOI:

10.3791/58069

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2019년 4월 12일

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1Department of Physics, Mathematics, Shanghai Key Laboratory of Materials Protection and Advanced Materials in Electric Power, Shanghai University of Electric Power, 2Key Laboratory of Artificial Structure and Quantum Control, Ministry of Education, Department of Physics, Shanghai Jiao Tong University, 3Shanghai Institute of Space Power-sources, 4Shanghai Key Laboratory of High Temperature Superconductors, Shanghai University

이 논문에서

요약

여기, 선물이 LSMO 나노 입자를 성장 하는 프로토콜 및 무선 주파수 (RF)에 의해 단일-크리스탈 기판 (001) SrTiO3 (STO)에 영화 (Gd) BCO-스퍼터 링.

초록

여기, 코팅 강자성 라0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) 나노 무선 주파수 (RF) 마 그 네트 론 스퍼터 링에 의해 (001) SrTiO3 (STO) 단 결정 기판에 하는 방법을 설명합니다. LSMO 나노 입자 20 nm, 20, 50 nm 사이 높이에 직경 10에서 예금 되었다. 같은 시간에 (Gd) 바2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) 영화 둘 다에 조작 했다 하지 그리고 LSMO 나노 장식 STO 기판 RF 마 그 네트 론 스퍼터 링을 사용 하 여. 이 보고서는 또한 GdBa2Cu3O7−δ의 속성을 설명 합니다/라0.67Sr0.33MnO3 영화 즉 bilayer 구조 (예를 들어, 결정 단계, 형태학 화학 성분); 자화, 자석 발전기 전송 및 초전도 전송 속성 또한 평가 했다.

서론

구멍 실수로 manganite 라0.67Sr0.33MnO3 (LSMO)와 같은 넓은 밴드 격차, 반 금속 강자성, 잠재력에 대 한 특별 한 기회를 제공 하는 전자 상태에 빠뜨리는 독특한 특성을가지고 spintronic 응용 프로그램1,2,,34. (재) 바2Cu3O7−와 같은 고온 초전도 (HTS) 영화에 대 한 소용돌이 운동에 서식 하는 LSMO의 독특한 특성을 활용 하기 위해 많은 연구자는 노력 하는 현재, δ 영화 (REBCO, 다시 희귀-지구 요소 =)5,6,7,8,9,10,,1112. 강자성 나노 입자와 기판 표면의 나노 장식 고정 예상된 밀도13,14의 자기 유도 대 한 잘 정의 된 사이트를 제공할 것입니다. 그러나, 단일-크리스탈 기질 그리고 매우 짜임새 금속 기판에와 같은 밀도 높은 질감된 표면에 나노 입자의 형상 제어 하는 능력은 매우 어렵습니다. 가장 일반적으로, 나노 입자 합성은 금속 유기 분해 방법15를 사용 하 여 표면에 코팅 하 고 펄스 레이저 증 착 방법16,17. 펄스 레이저 증 착 방법을 다양 한 기판에 코팅 된 나노 입자를 제공할 수 있습니다, 큰 지역 단일 나노 입자 증 착을 실현 하기가 어렵습니다. 금속 유기 분해 방법에 관해서는 그들은 나노 입자의 큰 지역 증 착에 대 한 적절 한 있습니다. 그러나,은 나노 입자는 종종 비 제복 및 작은 신체적 스트레스에 의해 쉽게 손상.

이러한 기법 중 RF 마 그 네트 론 스퍼터 링에 많은 이점이 있다. 스퍼터 링 저렴 한 비용, 높은 증 착 속도, 및 독성 가스 방출의 부족 있다. 또한, 대규모 지역 기판18,19확장 하기 쉽습니다. 이 방법은 단일 단계 라0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) 나노 입자의 형성 하며는 나노 입자 들의 단일 크리스탈 기판에 입금 하. RF 마 그 네트 론 스퍼터 링에 만들 수 큰 지역 나노 입자 균일 하 게 다양 한 기판 표면 질감과 표면 거칠기20에 관계 없이. 입자 제어를 얻을 수에 의해 스퍼터 링 시간 조정. 동질성을 얻을 수에 의해 대상 기판 거리 조정. RF 마 그 네트 론 스퍼터 링의 단점은 일부 산화물21에 대 한 낮은 성장 속도입니다. 이 방법에서는 대상 원자 (또는 분자) 아르곤 이온에 의해 대상에서 스퍼터 링 하 고 나노 입자에 수증기 단계22기판에 입금 됩니다. 나노 입자 형성 단계23에 기판에서 발생합니다. 그러나이 방법은 이론적으로 날짜, 강자성 입금에 대 한 프로토콜에 대 한 보고서, 초전도 박막, 저항 필름, 반도체 필름, 강자성 박막 등 을 포함 한 모든 재료에 적용 나노 입자는 매우 부족 한.

여기, 우리 영화의 GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 준 bilayer RF 마 그 네트 론 스퍼터 링에 의해 SrTiO3 (STO) 단 결정 기판에 증 착을 보여 방법입니다. 대상 물질, GdBa2Cu3O7−δ 라0.67Sr0.33MnO3 대상의 두 가지 과정에 사용 됩니다. GdBa2Cu3O7−δ영화와 GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr SrTiO3 (STO) 단 결정 기판 코팅 했다 0.33 MnO3 준 bilayer 영화입니다.

이 프로토콜에서 GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 준 bilayer 영화는 RF 마 그 네트 론 STO (001) 기판에 스퍼터 링으로 입금 됩니다. 대상 직경 60 m m 이며 타겟과 기판 사이의 거리는 약 10 cm. 히터는 전구는 기판 위에 1 ㎝ 위치. 이 시스템. 에서 최대 온도 850 ° C 이 시스템에서 5 다른 기판 있다. RF 마 그 네트 론 스퍼터 링 GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 준 bilayer 필름 기판 및 RF 마 그 네트 론 준비는 두 단계로 구성 됩니다. 스퍼터 링 프로세스입니다. 스퍼터 링 시스템의 사진 그림 s 1에 표시 됩니다.

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프로토콜

1. 기판 및 대상 준비

참고:이 섹션에서는 스퍼터 증 착 챔버 및 단 결정 SrTiO3 (STO) 기판의 준비를 설명합니다.

  1. 10 m m x 10 m m SrTiO3 (STO) 단일-크리스탈 기판은 RF 마 그 네트 론 스퍼터 링 프로세스를 사용 합니다.
  2. 순차적으로 소 프로 파 놀과 각 초음파 목욕에 실 온에서 10 분 동안 이온된 수 기판 청소. 다음 건조 질소는 기판 기판 및 좋은 영화 준수의 복.
  3. 실버 파우더 전도성 접착제와 기판 홀더에 (001) STO 기판 탑재 합니다. 진공 챔버에 로드 합니다.
  4. 마 그 네트 론 주입 총에서 LSMO 대상 탑재 하 고 총을 재조립 하십시오. 마 그 네트 론 및 주변 방패 사이 단락을 방지 하는 ohmmeter와 저항을 테스트 합니다. 진공 챔버 폐쇄 닫기 고 아래로 펌프.
  5. 일단 진공 1 x 10-4 Pa 보다 낮습니다, 850 ° c에 15 ° C/분 집합 8 cm 대상 기판 거리의 승 온 속도 사용 하 여 기판이 열.
  6. O의 10 sccm 및 5 sccm의 Ar 가스 흐름 작업으로 질량 유량 컨트롤러를 설정 합니다. 아칸소를 사용 하 여 / O 혼합 가스 라0.67Sr0.33MnO3 소재 O 양이온 비율 (3) 성장 하는 동안 계속.
  7. 증 착 하기 전에 미리 20 분 30 W. 높은 전력으로 이어질 것입니다 대상에서 균열에 대 한 LSMO 대상 스퍼터 그리고 우리가 선택할 W. 30 20 분 깨끗 한 표면에 대 한 더 많은 시간을 끌 것입니다 저전력을 사용 하 여

2. LSMO 나노 입자 증 착

참고:이 섹션에서는 RF 마 그 네트 론 스퍼터 링에 의해 LSMO 나노 입자의 증 착을 설명합니다.

  1. 25의 약 실 압력을 얻기 위해 Pa, 분자 펌프 부 목 밸브 조정. 인스턴트 값 25 보다 더 큰 되고있다 경우 펜 실바 니 아, 회전 시계 반대 방향으로; 그것은 25Pa 보다 작은 되 고, 만약 시계 방향으로 회전 합니다. 압력 안정적인 값을 가라앉을 때까지 계속 합니다.
  2. 기판 온도 850 ° C에서 유지 하 고 안정 되어 확인 하십시오.
  3. 플라즈마 안정화 될 때까지 10 분, 대기 W. 80 30에서 마의 힘을 증가.
  4. 셔터를 열고 LSMO 온수 기판에 입금 합니다.
    참고: 우리가 사용 하는 5, 10, 30, 60의 스퍼터 링 시간 4 개 샘플에 대 한 s.
  5. 셔터를 닫습니다. 마 하 전원 차단. 가스 밸브를 닫고 히터 전원 차단.
  6. 차가운 실내 온도에 샘플. 일반적으로,이 아니라 적어도 2 시간 걸립니다이 시스템에. 건조 질소 챔버 환기, 연 고 예제를 제거 합니다.

3. GdBa2Cu3O7−δ 필름 증 착

  1. 마 총에서 GdBa2Cu3O7−δ대상 탑재 다음 총을 재조 립. 1.4-2.8 단계와 유사한 단계를 사용 하 여 어떤 (Gd) BCO 영화 입금. 30 분 되어야 스퍼터 링 시간을 제외 하 고 LSMO 나노 입자에 관해서는 (Gd) BCO 영화에 대 한 유사한 증 착 조건을 사용 합니다. 이 후, 성장, 그리고 단계는 후 열 처리.
  2. 500 ° c 샘플 온도 감소 그런 다음 1 시간 동안이 온도에서 샘플 75000 실바 대기의 약 실 압력을 주고 산소의 가스 밸브를 엽니다.
    참고: 500 ° C 및 75000의 챔버 압력 온도 Pa LSMO 나노 입자를 균일 하 게 달성을 위한 됩니다.
  3. 차가운 실내 온도에 샘플. 건조 질소 챔버 환기, 연 고 예제를 제거 합니다.

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결과

둘 다 맨 (Gd) BCO 영화와 LSMO의 두께 장식 STO 기판은 500nm, 표면 profilometer에 의해 측정 되었다. 필름 두께 시간 스퍼터 링에 의해 통제 되었다. 그림 1a LSMO 나노 입자의 AFM 이미지를 표시 하는 , b (10 시간을 스퍼터 링 s) 증명할 1.0 c m x 1.0 c m 단일 크리스탈 STO 기판에 STO 기판에 균일 하 게 성장 하는 LSMO 나노 입자. 표면 영화의 거칠기 측정을 특징으로 했다 원자 힘 현미경 (AFM) 도청 모드에서 작업 하 고. 이러한 LSMO 나노 입자의 직경 10에서 20에 배열 했다 nm. 그들의 높이 배열 했다 20에서 50 nm. 성장 온도 등 대상 기판 거리, 입금된 매개 변수의 적절 한 조정으로 다른 표면 지형 수 달성 될, 그림 1 cd와<...

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토론

여기 우리가 설명 했다 준비 LSMO SrTiO3 에 균일 한 분포의 강자성 나노 입자 (STO) 단 결정 기판에이 메서드를 사용할 수 있습니다. (Gd) BCO 영화는 또한 둘 다 벌 거 벗은에 입금 하실 수 있습니다 하 고 LSMO 장식 STO 기판. 성장 온도 등 대상 기판 거리, 입금된 매개 변수의 적절 한 조정으로이 방법에 게 서 자석 및 자성 입자 또는 레이어, 예를 들어 CeO2YSZ (예금된 종류에 대 한 유용한 이트륨 안정화 지 르 코니 아)24및 ITO (인듐 주석 산화물).

프로토콜에 중요 한 단계는 LSMO 입자의 증 착을 위한 스퍼터 링 시간 이다. 프로토콜에 적절 한 스퍼터 링 시간이 필요 합니다. 스퍼터 링 시간이 너무 긴 경우에,이 연속 LSMO 박막 아니라 나노 입자를 형성할 것 이다. 다른 한편으로, 스퍼터 링 시간이 너무 짧은 경우에, LSMO 나노...

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공개 사항

저자는 공개 없다.

감사의 글

이 작품은 국립 자연 과학 재단의 중국 (No. 51502168;에 의해 지원 되었다 No.11504227)와 상하이 시 자연 과학 재단 (No.16ZR1413600). 저자는 기꺼이 유능한 기술 지원에 대 한 경 음악 분석 센터의 상해 Jiao 집게 대학 및 Ma-테크 분석 실험실을 감사합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
스퍼터 증착 시스템심양 과학 기기 주식 회사맞춤형
SrTiO3 단결정 기판Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd단면 에피 폴리싱(001) 방향
La0.67Sr0.33MnO3 스퍼터링 타겟Hefei Ke 결정 재료 technology Co., Ltd맞춤형60mm 직경
GdBa2Cu3O7− δ 스퍼터링 타겟Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd맞춤형60mm 직경
원자력 현미경Brü kerDimension Icon
X-ray DiffractometerBrü kerD8 물리적
양자 디자인PPMS 9
특성 측정 시스템 발견

참고문헌

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