산화물 물질은 산소 함량을 조정하여 제어할 수 있는 많은 이국적인 특성을 보여줍니다. 여기에서는 펄스 레이저 증착 매개변수를 변경하고 사후 어닐링을 수행하여 산화물의 산소 함량 조정을 보여줍니다. 예를 들어, SrTiO3 기반 헤테로 구조의 전자적 특성은 성장 변형 및 어닐링에 의해 조정됩니다.
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방법 논문
성장 및 어닐링 중 산소 공극 제어에 의한 산화물 특성 조정
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
산화물 재료의 전기적, 광학적, 자기적 특성은 종종 산소 함량을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 여기에서는 산소 함량을 변화시키기 위한 두 가지 접근 방식을 간략하게 설명하고 SrTiO3 기반 헤테로 구조의 전기적 특성을 조정하기 위한 구체적인 예를 제공합니다. 첫 번째 접근법에서, 산소 함량은 펄스 레이저 증착 동안 증착 파라미터를 변화시킴으로써 제어된다. 두 번째 접근법에서, 산소 함량은 필름 성장 후 상승된 온도에서 샘플을 산소 중 어닐링함으로써 조정된다. 이 접근법은 특성이 산화 상태의 변화에 민감한 광범위한 산화물 및 비산화물 재료에 사용할 수 있습니다.
이 접근법은 SrTiO3 기반 헤테로 구조에서 관찰되는 것과 같은 제한된 전자 시스템의 전자적 특성을 변경하는 데 자주 사용되는 정전기 게이팅과 크게 다릅니다. 산소 공극 농도를 제어함으로써 우리는 제한되지 않은 전자 시스템에서도 여러 자릿수에 걸쳐 캐리어 밀도를 제어할 수 있습니다. 또한, 순회 전자의 밀도에 민감하지 않은 특성을 제어 할 수 있습니다.
서론
산소 함량은 산화물 물질의 특성에 중요한 역할을 합니다. 산소는 높은 전기 음성도를 가지며 완전 이온 한계에서 인접한 양이온에서 두 개의 전자를 끌어당깁니다. 이 전자는 산소 공극이 형성 될 때 격자에 기증됩니다. 전자는 갇혀 국부적 인 상태를 형성하거나 비편재화되어 전하 전류를 전도 할 수 있습니다. 국소화된 상태는 일반적으로 원자가와 전도대 사이의 밴드 갭에 위치하며 총 각운동량은 0이 아닌 1,2,3이 될 수 있습니다. 따라서, 국부적인 상태들은 국부적인 자기 모멘트를 형성할 수 있고, 예를 들어, 광학적 및 자기적 특성들(1,2,3)에 큰 영향을 미칠 수 있다. 전자가 비편재화되면 순회 전하 운반체의 밀도에 기여합니다. 또한, 산소 공석 또는 다른 결함이 형성되면, 격자는 결함에 적응한다. 따라서 결함의 존재는 자연적으로 국소 변형장, 대칭 파괴, 산화물의 변형된 전자 및 이온 수송으로 이어질 수 있습니다.
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프로토콜
1. 다양한 성장 조건에 의한 특성 제어
- SrTiO3 의 고품질 표면 준비
- (001) 결정면에 대해 일반적인 표면각이 0.05°–0.2°인 혼합 종단 SrTiO3 기판(예: 5mm x 5mm x 0.5mm 크기)을 구입하십시오.
참고: 잘못 절단된 각도는 표면의 평탄도를 결정하며, 이는 기판의 에피택셜 성장과 계면의 결과 특성에 중요합니다. - 표준 초음파 발생기에서 실온에서 5 분 동안 아세톤과 에탄올에서 5 분 동안 초음파로 원하는 수의 기질을 청소하십시오.
- 깨끗한 물에서 70 °C에서 20 분 동안 기판을 초음파 처리하여 SrO24 를 용해 시키거나 SrO25로 종결 된 표면 도메인에서 Sr- 수산화물 복합체를 형성하면서 화학적으로 안정한 TiO2 종결 도메인을 변경하지 않고남겨 둡니다 26.
- 3 : 1 : 16 HCl : HNO 3 : H 2 O 산성 용액 (예 : 9 :3:48 mL)에서 70 °C에서 20 분 동안 흄 후드에서 기질을 초음파 처리하여 Sr....
- (001) 결정면에 대해 일반적인 표면각이 0.05°–0.2°인 혼합 종단 SrTiO3 기판(예: 5mm x 5mm x 0.5mm 크기)을 구입하십시오.
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결과
다양한 성장 조건에 의한 특성 제어
산화물을 증착하는 동안 증착 파라미터를 변화시키면 특히 그림 2와 같이 SrTiO3 기반 헤테로 구조의 특성에 큰 변화가 발생할 수 있습니다.
그림 2: 최상층 두께를 조정하여 전송 속성 제어Figure 2: Controlling the transport properties by tuning the top layer thickness. (a) γ-Al2O3 / SrTiO3.......
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토론
여기에 설명된 방법은 산화물 특성을 제어하기 위해 산소 함량을 사용하는 데 의존하므로 산소 분압 및 작동 온도가 중요한 매개변수입니다. 시스템의 총 산화 상태가 시스템이 주변 대기와 열역학적 평형 상태를 유지하는 방식으로 조정되는 경우(즉, 고온에서pO2 변화), 변화는 가역적일 수 있습니다. 그러나, SrTiO3-기반 헤테로구조의 경우, 계면 산소 공극은 전형적으로 펄스 레이저 증착을 사용하여 형성되며, 이는 비평형 상태(34)에서 산화 상태를 포착할 수 있다. 이 경우, 증착 시 및 후의 온도 프로파일과 산소 분압은 결과 특성에 매우 중요합니다. SrTiO3 내의 산소 공공은 전형적으로 주위 조건(22) 하에서 불안정하며, 어닐링에 의해 유도된 산소 함량의 변화는 일반적으로 비가역적일 것이다.
다른 단점은 상승된 온도 또는 변형된 증.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
저자는 기술 지원에 대해 덴마크 공과 대학의 J. Geyti에게 감사드립니다. F. Trier는 VILLUM FONDEN의 연구 보조금 VKR023371(SPINOX)의 지원을 인정합니다. D. V. Christensen은 Novo Nordisk Foundation NERD Programme: New Exploratory Research and Discovery, Superior Grant NNF21OC0068015의 지원을 인정합니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| SrTiO3 | Crystec | 단결정(001) 지향, 0.05-0.2도 오절단 각도 | |
| LaAlO3 | Shanghai Daheng Optics and Fine Mechanics Co.Ltd. | 단결정 | |
| Al2O3 | Shanghai Daheng Optics 및 Fine Mechanics Co.Ltd. | 단결정 | |
| 화학 물질 및 가스 | 표준 공급 업체 | ||
| 실버 페이스트 | SPI 용품, 구조 프로브 Inc | 05001-AB, 고순도 실버 페인트 | |
| 초음파 발생기 | VWR | USC500D HF45kHz / 100W | |
| 웨지 와이어 본더 | 심천 Baixiangyuan 과학 및 Technology Co., Ltd. (테크놀로지 주식회사) | HS-853A 알루미늄 와이어 본더 | |
| 펄스 레이저 증착 | 버전 V3.0.29가 있는 TSSST의 Twente 솔리드 스테이트 기술(TSST)PLD, 248nm KrF 나노초 레이저(Compex Pro 205 F) 장착, 코히어런트 | ||
| 다음 전기 기기 및 맞춤형 서면 소프트웨어를 기반으로 합니다. Keithley 6221 DC 및 AC 전류 소스 Keithley 2182A 나노전압계 매트릭스 카드가 있는 Keithley 7001 스위치 시스템 Keithley 6487 피코암미터 | |||
| 홀 측정 | 극저온: | 전기 기기 및 맞춤형 서면 소프트웨어를 기반으로 합니다. Keithley 2400 DC 전류 소스 Keithley 2182A 나노전압계 매트릭스 카드가 있는 Keithley 7001 스위치 시스템 | |
| 용광로 | Scandia Ovnen AS의 FTTF 500/70 관상로 및 eurotherm 2216e 온도 컨트롤러의 | 맞춤형 |
참고문헌
- Pavlenko, N., Kopp, T., Tsymbal, E. Y., Sawatzky, G. A., Mannhart, J. Magnetic and superconducting phases at the LaAlO3/SrTiO3 interface: The role of interfacial Ti 3d electrons. Physical Review B. 85 (2), 020407(2012).
- Schütz, P., et al.
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재인쇄 및 허가
