Name: 작성 및 산화물 나노 구조의 저온 특성 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 43 s
Description: 학습하세요 LaAlO₃/SrTiO₃ 계면에서 전도성 나노구조를 작성하고 저온에서 전기적 특성을 측정하는 방법을. 이 프로토콜은 산화물 나노구조 연구에 필수적인 계면 전도도 정밀 제어를 가능하게 합니다.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

LAO/STO 샘플을 제공한 위스콘신-매디슨 대학교(University of Wisconsin-Madison)의 엄창범 교수와의 오랜 협업에 감사드립니다. Christopher Solis의 비디오 편집 지원에 감사드립니다. 이 작업은 NSF(DMR-1104191, DMR-1124131), ARO(W911NF-08-1-0317) 및 AFOSR(FA9550-10-1-0524, FA9550-12-1-0268, FA9550-12-1-0057)에서 지원됩니다.

1. LAO / STO 헤테로를 얻 <ol><li> 티오이 종료 STO 기판에 펄스 레이저 증착법에 의해 성장 LAO의 3.4 단위 전지로 구성된 산화물 헤테로 구조를 얻습니다. 샘플 성장의 세부 사항 참조. 22에 설명되어 있습니다. </li></ol> 샘플 2. 포토 리소그래피 처리 칩 캐리어에 배선 캔버스를위한 본딩 패드와 LAO / STO 인터페이스에 전기 접점을 만듭니다. 개별 처리 단계는 아래에 상세히 설명된다. <ol><li> 스핀 포토 레지스트 <ol><li> 다음 30 초 동안 4,000 rpm에서 5 초 동안 600 rpm에서 샘플에 포토 레지스트를 스핀. 포토 레지스트 층은 약 2 μm의 두께 일 것이다. 1 분 동안 95 ° C에서 샘플을 굽는다. </li></ol></li><li> 5 mW의 / ㎠의 복용량 100 초 동안 320 nm의 빛을 마스크 얼 라이너를 사용하여 포토 레지스트를 노출합니다. </li><li> fo를 포토 레지스트 개발에 포토 레지스트를 개발1 분 R. </li><li> 이온 밀링 <ol><li> 포토 레지스트에 포함되지 분야에서 15 소재의 뉴 멕시코 (LAO와 STO)를 제거하기 위해 아르곤 + 이온 밀을 사용합니다. 들어오는 아르곤 + 이온 빔에 수직 인 방향으로 22.5 ° 각도로 샘플을 놓습니다. 아르곤 + 에칭 속도가 보정되지 않은 경우, 재료의 정확한 양이 제거 될 수 있도록 교정 실행을 수행합니다. AFM 또는 이에 상응하는 profilmetry를 사용하여 식각 깊이를 결정합니다. </li></ol></li><li> TI와 금의 DC 스퍼터링 <ol><li> 입금 4 nm의 TI는 다음의 Au 노출 STO 층과 전기적으로 접촉을 시료 위에 25 nm의 금하게되도록. 스퍼터링 압력 범위 2-6 X 10-7 토르이며, 스퍼터링은 RT에서 샘플로 이루어진다. TI는 셔터와 함께 10 분 동안 열린 셔터 후, 100 W로 마감 전 스퍼터 완료되면 100 W.에서 20 초 동안 스퍼터, 바로 50 W에서 1 분 동안 금을 미리 스퍼터 다음에 샘플을 30 초 동안 금을 스퍼터 50 W. 칼리소망의 Ti와 두께의 Au를 생성하는 시간을 브레이트. </li></ol></li><li> 이륙 <ol><li> 샘플의 표면에서 포토 레지스트를 제거하기 위해 아세톤 / IPA 초음파 세척을 사용합니다. </li></ol></li><li> 두 번째 층 <ol><li> 4 단계 (예. 제외 이온 밀링)을 제외하고 두 번째 리소그래피 공정은, 각각의 본딩 패드에 골드 와이어 연결을 작성하는 데 사용됩니다. 두 가지 패턴들은 전기 단락을 생성하지 않도록 잘 정렬되어야합니다. </li></ol></li><li> 플라즈마 세정. <ol><li> IPC 배럴 에처는 트렌치 패턴에 포토 레지스트 잔류 물을 제거하기 위해 사용된다. 1 분 동안 100 W, 1 Torr의 아르곤에서 사용 계측기 </li></ol></li></ol> 3. 와이어 본드 샘플 쓰기를 준비하는 <ol><li> 28 사용 가능한 핀 칩 캐리어 (그림 2A)에 LAO / STO 샘플을 장착합니다. </li><li> 와이어 결합 구조 </li></ol> 참고 : 전기 C를 만들기 위해 와이어 본더를 사용샘플에 본딩 패드와 칩 캐리어 사이 onnections. 전기 접점 및 칩 캐리어 사이에 1 밀 (25 마이크로 미터) 골드 와이어를 연결합니다. 나노 쓰기 4. 나노 구조를 쓰기 <ol><li> 전도성 나노 구조 (그림 3A)의 비공식 스케치를 만듭니다. </li><li> 확장 가능한 벡터 그래픽 (SVG) 편집기 (그림 3B)를 엽니 다. <ol><li> 템플릿을 사용하거나 AFM 이미지의 일치하도록 창 크기를 정의합니다. </li><li> SVG 편집기에 시료의 AFM 이미지를로드합니다. </li><li> AFM 이미지에 중첩 나노 구조 요소를 만듭니다. </li></ol></li><li> 나노 리소그래피 프로그램에 SVG 파일을로드합니다. </li><li> 전도성 나노 구조를 만들 수 리소그래피 소프트웨어를 실행합니다. <ol><li> 사용 V 팁 = +10 나노 구조를 만들 수있는 V 및 V 팁 = 나노 구조를 지울 -10 V. </li><li> 범위의 속도로 C-AFM 팁을 이동 202 μM / 초의 0 ㎚ / 초. </li></ol></li></ol> 5. 장치를 냉각 및 측정을 수행 <ol><li> 모두 흰색 조명을 끄고 빨간색 필터 / 라이트 소스를 사용합니다. </li><li> AFM 시스템에서 샘플을 추출합니다. </li><li> 희석 냉장고 (A)에 샘플을로드합니다. </li><li> 샘플이 냉각으로 온도 (B) 대 저항을 측정합니다. </li><li> 낮은 온도 (C)에 전송 특성을 측정한다. </li></ol>

<ol><li>Sulpizio, J. A., Ilani, S., Irvin, P., Levy, J. i Annual Review of Materials Research, in press. , (2014).</li>
<li>Mannhart, J., Blank, D. H. A., Hwang, H. Y., Millis, A. J., Triscone, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-Dimensional+Electron+Gases+at+Oxide+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Mrs+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Two-Dimensional Electron Gases at Oxide Interfaces.</a> Mrs Bulletin. 33, 1027-1034 (2008).</li>
<li>Langer, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Annual+Review+of+Condensed+Matter+Physics%5BTitle%5D)+AND+%22Interface+Physics+in+Complex+Oxide+Heterostructures%22%5BJournal%5D)">Annual Review of Condensed Matter Physics.</a> Interface Physics in Complex Oxide Heterostructures. , 141-165 (2011).</li>
<li>Bogorin, D. F., Irvin, P., Cen, C., Levy, J. i <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBogorin%2C+DF+%22Multifunctional+Oxide+Heterostructures%22">Multifunctional Oxide Heterostructures</a>. Tsymbal, E. Y., Dagotto, E. R. A., Chang-Beom, E., Ramesh, R. 13, University Press. Oxford. (2012).</li>
<li>Granozio, F. M., Koster, G., Rijnders, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+Oxide+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Functional Oxide Interfaces.</a> MRS Bulletin. 38, 1017-1023 (2013).</li>
<li>Ohtomo, A., Hwang, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high-mobility+electron+gas+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3+heterointerface%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A high-mobility electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface.</a> Nature. 427, 423-426 (2004).</li>
<li>Reyren, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superconducting+interfaces+between+insulating+oxides%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Superconducting interfaces between insulating oxides.</a> Science. 317, 1196-1199 (2007).</li>
<li>Bark, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Switchable+Induced+Polarization+in+LaAlO3%2FSrTiO3+Heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Switchable Induced Polarization in LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures.</a> Nano Letters. 12, 1765-1771 (2012).</li>
<li>Brinkman, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+effects+at+the+interface+between+non-magnetic+oxides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Magnetic effects at the interface between non-magnetic oxides.</a> Nature Materials. 6, 493-496 (2007).</li>
<li>Thiel, S., Hammerl, G., Schmehl, A., Schneider, C. W., Mannhart, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+quasi-two-dimensional+electron+gases+in+oxide+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Tunable quasi-two-dimensional electron gases in oxide heterostructures.</a> Science. 313, 1942-1945 (2006).</li>
<li>Cen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscale+control+of+an+interfacial+metal-insulator+transition+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Nanoscale control of an interfacial metal-insulator transition at room temperature.</a> Nature Materials. 7, 298-302 (2008).</li>
<li>Singh-Bhalla, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Built-in+and+induced+polarization+across+LaAlO3%2FSrTiO3+heterojunctions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Built-in and induced polarization across LaAlO3/SrTiO3 heterojunctions.</a> Nature Physics. 7, 80-86 (2011).</li>
<li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Very+Large+Capacitance+Enhancement+in+a+Two-Dimensional+Electron+System%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Very Large Capacitance Enhancement in a Two-Dimensional Electron System.</a> Science. 332, 825-828 (2011).</li>
<li>Xie, Y., Hikita, Y., Bell, C., Hwang, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+electronic+conduction+at+an+oxide+heterointerface+using+surface+polar+adsorbates%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Control of electronic conduction at an oxide heterointerface using surface polar adsorbates.</a> Nature Communications. 2, 494(2011).</li>
<li>Bark, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+a+two-dimensional+electron+gas+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3+%28001%29+interface+by+epitaxial+strain%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Tailoring a two-dimensional electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 (001) interface by epitaxial strain.</a> PNAS. 108, 4720-4724 (2011).</li>
<li>Tra, V. T., et al. Adv Mater. 25, 3357-3364 (2013).</li>
<li>Cronenwett, S. M., Oosterkamp, T. H., Kouwenhoven, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Tunable+Kondo+Effect+in+Quantum+Dots%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A Tunable Kondo Effect in Quantum Dots.</a> Science. 281, 540-544 (1998).</li>
<li>Cen, C., Thiel, S., Mannhart, J., Levy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxide+Nanoelectronics+on+Demand%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Oxide Nanoelectronics on Demand.</a> Science. 323, 1026-1030 (2009).</li>
<li>Kalinin, S. V., Gruverman, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKalinin%2C+SV+%22Scanning+probe+microscopy%3A+electrical+and+electromechanical+phenomena+at+the+nanoscale%22">Scanning probe microscopy: electrical and electromechanical phenomena at the nanoscale</a>. 1, Springer. (2007).</li>
<li>Piner, R. D., Zhu, J., Xu, F., Hong, S. H., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%27Dip-pen%27+nanolithography%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">'Dip-pen' nanolithography.</a> Science. 283, 661-663 (1999).</li>
<li>Ahn, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonvolatile+Electronic+Writing+of+Epitaxial+Pb%28Zr0.52Ti0.48%29O3%2FSrRuO3+Heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Nonvolatile Electronic Writing of Epitaxial Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/SrRuO3 Heterostructures.</a> Science. 276, 1100-1103 (1997).</li>
<li>Bi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%27Water-cycle%27+mechanism+for+writing+and+erasing+nanostructures+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">'Water-cycle' mechanism for writing and erasing nanostructures at the LaAlO3/SrTiO3 interface.</a> Applied Physics Letters. 97, 173110(2010).</li>
<li>Cheng, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+Transport+in+Sketched+Nanostructures+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3+Interface%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+X%22%5BJournal%5D)">Anomalous Transport in Sketched Nanostructures at the LaAlO3/SrTiO3 Interface.</a> Phys Rev X. 3, 011021(2013).</li>
<li>Veazey, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonlocal+current-voltage+characteristics+of+gated+superconducting+sketched+oxide+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Europhys+Lett%22%5BJournal%5D)">Nonlocal current-voltage characteristics of gated superconducting sketched oxide nanostructures.</a> Europhys Lett. 103, 57001(2013).</li>
<li>Veazey, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxide-based+platform+for+reconfigurable+superconducting+nanoelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Oxide-based platform for reconfigurable superconducting nanoelectronics.</a> Nanotechnology. 24, 375201(2013).</li>
<li>Irvin, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+High+Mobility+in+LaAlO3%2FSrTiO3+Nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Anomalous High Mobility in LaAlO3/SrTiO3 Nanowires.</a> Nano Letters. 13, 364-368 (2013).</li>
<li>Salaita, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively+Parallel+Dip%E2%80%93Pen+Nanolithography+with+55+Two-Dimensional+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">Massively Parallel Dip–Pen Nanolithography with 55 Two-Dimensional Arrays.</a> Angewandte Chemie. 118, 7378-7381 (2006).</li>
<li>Li, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+Conductive-AFM+Lithography+on+LaAlO3%2FSrTiO3+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Ieee+T+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Parallel Conductive-AFM Lithography on LaAlO3/SrTiO3 Interfaces.</a> Ieee T Nanotechnol. 12, 518-520 (2013).</li>
<li>Cen, C., Bogorin, D. F., Levy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+activation+and+quantum+field+emission+in+a+sketch-based+oxide+nanotransistor%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Thermal activation and quantum field emission in a sketch-based oxide nanotransistor.</a> Nanotechnology. 21, 475201(2010).</li>
<li>Bogorin, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscale+rectification+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Nanoscale rectification at the LaAlO3/SrTiO3 interface.</a> Applied Physics Letters. 97, 013102(2010).</li>
<li>Cheng, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sketched+Oxide+Single-Electron+Transistor%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotech%22%5BJournal%5D)">Sketched Oxide Single-Electron Transistor.</a> Nature Nanotech. 6, 343-347 (2011).</li>
<li>Joshua, A., Ruhman, J., Pecker, S., Altman, E., Ilani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gate-tunable+polarized+phase+of+two-dimensional+electrons+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3+interface%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Gate-tunable polarized phase of two-dimensional electrons at the LaAlO3/SrTiO3 interface.</a> PNAS. 110, 9633(2013).</li>
<li>Irvin, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rewritable+Nanoscale+Oxide+Photodetector%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Rewritable Nanoscale Oxide Photodetector.</a> Nature Photon. 4, 849-852 (2010).</li>
<li>Ma, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broadband+Terahertz+Generation+and+Detection+at+10+nm+Scale%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Broadband Terahertz Generation and Detection at 10 nm Scale.</a> Nano Letters. 13, 2884-2888 (2013).</li>
</ol>

저자는 공개할 것이 없습니다.

나노 구조의 성공적인 생성은 몇 가지 중요한 단계에 달려 있습니다. LAO/STO 샘플은 절연상과 전도상 사이의 경계에 있는 것으로 알려진 두께로 성장하는 것이 중요합니다. (샘플 성장에 대한 세부 사항은 이 백서의 범위를 벗어나지만 전반적인 성공에 매우 중요합니다.) 둘째, 성공적인 c-AFM 쓰기를 위해서는 상대 습도를 25-45% 범위 내에 두는 것이 중요합니다. 25% 미만의 값은 전도성 나노 구조를 생성할 가능성이 낮으며, 습도가 너무 높으면 일반적으로 제어할 수 없을 정도로 큰 형상이 생성됩니다. 또한 c-AFM 팁이 장기간에 걸쳐 정확한 레지스트리를 달성해야 하는 경우 AFM의 온도 제어가 중요합니다. 나노 구조가 생성되면 몇 시간 이상 지속되는 실험을 수행하려면 진공 환경에 두어야 합니다. 여기에 설명된 실험의 경우 구조가 생성되고 몇 분 안에 진공 환경으로 옮겨집니다.
글을 쓰기 전에 모든 관련 전극에 대해 "쓰기 테스트"를 수행하는 것이 좋습니다. 이러한 테스트에서는 먼저 두 개의 가상 전극이 생성되고 컨덕턴스를 모니터링하면서 단일 나노와이어가 작성됩니다. 유사한 삭제 테스트는 얼마 지나지 않아 나노와이어를 "절단"하여 수행할 수 있습니다. 나노 구조가 빠르게 부패하는 경우 문제는 계면 접촉 또는 캔버스 자체로 인해 발생할 가능성이 큽니다. 이 두 효과를 구별하려면 컨덕턴스의 4단자 측정을 수행해야 하며, 2단자 컨덕턴스를 시간의 함수로 4단자 컨덕턴스와 비교해야 합니다. 2단자 컨덕턴스가 4단자 컨다트턴스보다 더 빠르게 감쇠하는 경우 문제는 인터페이스에 대한 전기 접점과 관련이 있습니다. 4단자 컨덕턴스가 비슷한 속도로 감쇠하는 경우 캔버스가 적합하지 않을 가능성이 높으므로 교체해야 합니다.
나노 구조를 만드는 현재 방법에는 자연적인 한계가 있습니다. 특히 가장 작은 장치의 쓰기 속도는 초당 수백 나노미터로 제한됩니다. 이 값보다 훨씬 높은 속도는 예측할 수 없는 결과를 초래합니다. 병렬 쓰기 기술의 사용이 가능하지만27,28, 고도로 발달되지 않았으며 고유한 단점이 있습니다. 생성할 수 있는 나노 구조의 크기는 사용 중인 AFM의 스캔 범위에 따라 자연스럽게 제한됩니다. 두 스캔 방향에서 폐쇄 루프 피드백이 있는 고품질 AFM을 적극 권장합니다. 샘플의 시간적 드리프트를 모니터링하기 위해 샘플 표면의 점 모양 물체 추적을 수행해야 합니다.
산화물 계면에서 전도성 나노 구조의 생성을 마스터하면 탐색할 수 있는 광범위한 실험 방향이 있습니다. 이 기술을 사용하여, 나노와이어(18), 터널 장벽(29), 정류 접합부(30), 전계 효과 트랜지스터(18), 단일 전자 트랜지스터(31), 초전도 나노와이어(32), 나노 스케일 광학 검출기(33), 나노 스케일 THz 방출기 및 검출기(34)를 포함한 다양한 나노 구조 및 소자가 이미 시연되었다.

산화물 헤테로 1-5 전시 과학적으로 흥미로운 응용 프로그램 4 잠재적으로 유용한 응급 물리적 현상의 매우 다양한 종류. 특히, LaAlO3는 (LAO) 및 3 된 SrTiO3 (STO) (6) 사이의 인터페이스는 8 강유전체 조 및 강자성 구 동작 7 초전도, 전도성, 절연성을 나타낼 수있다. 2006 년 틸 등이 LAO 층의 두께와 같은 날카로운 절연체 - 금속 전이가 있음을 보여 주었다 (10)은 4 단위 셀 (4uc)의 임계 두께에 따라 증가한다. 그것은 이후 3uc-LAO/STO 구조가 전도성 원자 힘 현미경 (C-AFM) 탐침 (11)와 로컬로 제어 할 수있는 이력 전환을 나타내는 것으로 나타났다. 예컨대 LaAlO3는 / 3 된 SrTiO3 등의 산화물 인터페이스의 특성은 도전성의 부재 또는 존재에 의존계면에서 전자. 이 전자가 위로 게이트 전극 (12, 13), 게이트 (10)를 사용하여 제어 할 수 있습니다, 표면 (14) 흡착, 강유전체 층 (15, 16)과 C-AFM 리소그래피 11. C-AFM 리소그래피의 독특한 기능은 매우 작은 나노 기능을 생성 할 수 있다는 것입니다. 두 차원 감금과 함께 전기 톱 게이트는 종종 III-V 반도체 (17) 양자 도트를 만드는 데 사용됩니다. 대안 적으로, 준 일차원 반도체 나노 와이어는 전기적으로 근접하여 게이팅 될 수있다. 이러한 구조의 제조 방법은 시간 소모적이고, 일반적으로 비가 역적이다. 대조적으로, C-AFM 리소그래피 기술은 나노 구조물이 한 실험에 대해 생성 한 다음, (화이트 보드와 유사한) &quot;소거&quot;될 수 있다는 점에서 가역적이다. 삭제, 동안 일반적으로, C-AFM 쓰기는 AFM 팁에 적용 양의 전압으로 수행음의 전압을 사용하여 수행된다. 특정한 구조를 생성하는 데 필요한 시간은 디바이스의 복잡성에 의존하지만, 일반적으로 30 분 미만이고; 그 시간의 대부분은 캔버스를 삭제 소요됩니다. 일반적인 공간 해상도는 약 10 나노 미터입니다 만, 2 나노 미터 (18)를 생성 할 수있는 적절한 튜닝은 작은 있습니다. 나노 제조 절차의 상세한 설명은 다음과 같다. 여기에 제공된 내용은 비슷한 실험이 관심이 연구자에 의해 수행 될 수 있도록 충분해야한다. 여기에 설명 된 방법은 반도체에 전자 나노 구조를 만드는 데 사용되는 기존의 리소그래피 방법에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 여기에 기재된 C-AFM 리소그래피 방법은 주사 양극 산화 (19), 딥 - 펜 나노 리소그래피 (20), 압전 패터닝 등 스캐닝 프로브 기반 리소그래피 노력의 훨씬 광범위한 클래스의 일부인21, 등등. 신규 산화물 인터페이스의 사용과 함께 여기에 설명 C-AFM 기술은, 물성의 전례 다양한 높은 정밀도의 전자 구조의 일부를 생성 할 수있다.

<table><tbody><tr><td>장비</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>접점 : Aligner,</td><td>Karl-Suss</td><td>MA6</td><td></td></tr>, <tr><td>스피너</td>, <td>Solitec,</td><td>5110C</td><td></td></tr><tr><td>, 이온 밀</td>, <td>Commonwealth Scientific</td>, <td>8C</td><td></td></tr><tr><td>스퍼터링 시스템</td><td>, Leybold-Heraeus</td><td>Z-650</td><td></td></tr><tr><td>배럴, 에처</td>, <td>Branson/IPC</td><td>3000C</td><td></td></tr><tr><td>와이어 Bonder</td><td>Westbond</td><td>7700E</td><td></td></tr><tr><td>AFM</td><td>망명 연구</td><td>MFP-3D</td><td></td></tr><tr><td>희석 냉장고</td><td>양자 디자인</td><td>P850</td><td></td></tr><tr><td>초음파 세척기</td><td>Fisher Scientific</td><td>15-335-6</td><td></td></tr><tr><td>전류 증폭기</td><td>Femto</td><td>DLPCA-200</td><td></td></tr><tr><td>재료</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>LaAlO3/SrTiO3</td><td>Prof. Chang-Beom Eom</td><td></td><td>5 mm x 1 mm with ~3.4 unit cells of LAO (참고 18 참조)</td></tr><tr><td>포토레지스트</td><td>AZ Electronic Materials</td><td>P4210</td><td></td></tr><tr><td>Developer</td><td>AZ Electronic Materials</td><td>400K</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Acetone Fisher Scientific</td><td>A929SK-4</td><td></td></tr><tr><td>이소프로필 알코올</td><td>Fisher Scientific</td><td>A459-1</td><td></td></tr><tr><td>탈이온수</td><td>피셔 사이언티픽</td><td>23-290-065</td><td></td></tr><tr><td>골드 와이어</td><td>듀퐁</td><td>5771</td><td>1mm 직경</td></tr><tr><td>칩 캐리어</td><td>NTK Technologies</td><td>IRK28F1-5451D</td><td></td></tr></tbody></table>

작성 및 산화물 나노 구조의 저온 특성

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

산화물 나노 일렉트로닉스는 나노 규모 차원에서 다기능 거동을 가진 새로운 재료를 개발하고자하는 빠르게 성장하는 분야입니다. 산화물 계면은 전도, 압전 거동, 강자성, 초전도 및 비선형 광학 특성을 포함하여 제어할 수 있는 광범위한 특성을 나타냅니다. 최근에는 극한 나노 규모 차원에서 이러한 특성을 제어하는 방법이 발견되고 개발되었습니다. 다음은 가역 전도성 원자력 현미경 기술을 사용하여 LaAlO3/SrTiO3 나노 구조를 만들기 위한 명시적인 단계별 절차입니다. LaAlO3/SrTiO3 인터페이스에 대한 전기 접점을 생성하기 위한 처리 단계가 먼저 설명됩니다. 전도성 나노 구조는 전도성 원자력 현미경 팁에 전압을 적용하고 LaAlO3/SrTiO3 계면을 전도성 상태로 국부적으로 전환하여 생성됩니다. 다용도 나노리소그래피 툴킷은 원자력 현미경(AFM) 팁 경로 및 전압을 제어하기 위해 특별히 개발되었습니다. 그런 다음 이러한 나노 구조를 저온 유지 장치에 넣고 운송 측정을 수행합니다. 여기에 설명된 절차는 산화물 나노일렉트로닉스에 대한 연구를 수행하고자 하는 다른 사람들에게 유용할 것입니다.

결과는 여기에 도시 된 나노 구조물이 클래스에 의해 발휘된다 반송 동작을 대표하며 그 밖에 23-26 상세히 설명되었다. 이 예에서, 나노 와이어 캐비티는 3.3 단위 셀 LAO / STO 헤테로 구조에서 (도 4)를 구성하고있다. 실험 11 "절단"나노 와이어에 의해 결정 (녹색으로 표시) 도전은 넓은 일반적으로 10 ㎚이다. 팁 쓰기 속도는 각 세그먼트의 끝 속도와 전압, 리소그래피 전면 패널 (그림 4B)에서 독립적으로 구성 할 수 있습니다. "가상 전극는"계면 연락처와 해당 인터페이스는 나노 구조에 전도성이 높은 전기 연결이 있는지 확인합니다. 나노 구조가 기록 된 후에는 희석 냉동기로 전달된다. 550 나노 미터 이하에서 빛에 대한 노출은 원치 않는 광전도를 생성합니다, 그래서 꼬마 도깨비ortant 어둠 또는 빨간색 "암실"빛 (그림 5A)의 도움으로 장치를 전송합니다. 전기 연결은 RT에서 수행되어야하고, 극저온에서 전기 연결을 변경할 때 대부분의 반도체 나노 구조와 같은 큰주의를 기울여야합니다. 장치가 정전기 방전을 실시하면, 가장 가능성이 절연 될 것이다. 현저하게, 디바이스 기능은 "순환"300 K까지 온도를 다시 냉각하여 회수 할 수있다. 쿨 다운 동안, 2 단자의 저항을 모니터링하는 루틴, 심지어 4 단자 저항, 온도의 함수로서. AC 전류는 트랜스 임피던스 증폭기를 사용하여 측정되는 동안 이러한 측정을 위해 AC 전압 (일반적으로 1 ~ MV)는, 전극들 중 하나에 저주파 (&lt;10 헤르쯔)에인가된다. 복조 잠금 및 필터링은 집에서 개발 한 잠금 앰프를 사용하여 수행됩니다. 교류 세제곱rrent는 온도의 함수 (그림 5B)로 감시된다. 장치가 희석 냉장고 (50 mK의)의베이스 온도로 냉각되면, 4 단자 전송 측정 (도 5c)이 수행된다. 장치를 통해 전압을 동시에 측정하는 동안 이러한 측정의 경우, 현재는 장치의 기본 채널을 통해 공급된다. 대신 잠금 앰프, 전체 전류 - 전압 측정의 (IV) 추적을 측정한다. 이 방법은 더 많은 정보를 포함하고 차동 도통 수치 분화를 통해 계산 될 수있다. 특정 장치, 차동 도통 사이드 게이트 전압 V에 SG의 함수로서 측정된다. 이 게이트 디바이스의 화학 전위가 변화 될 수있다. 장치를 통해 전송은 쿨롱 봉쇄 작은 값을 발생하고, 스트로크 엔진을하는 영역을 나타내는 강력한 단순하지 않은 의존성을 보여줍니다V의 SG의 큰 값을 초전도 겨. 장치의이 클래스에 대한 물리적 해석에 대한 자세한 내용은 다른 곳에서 설명한다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/51886/51886fig1highres.jpg"> ..도 1 포토 리소그래피 공정 단계 단계 1 : 스핀 포토 레지스트. 2 단계 : 마스크 얼 라이너를 사용하여 포토 레지스트를 노출합니다. 3 단계 : 포토 레지스트를 개발한다. 4 단계 : 이온 밀링. 5 단계 : DC는 티타늄과 금을 증착하는 스퍼터링. 6 단계 : 리프트 오프 (lift-off). 7 단계 : 두 번째 층을 증착. 8 단계 : 플라즈마 세정. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/51886/51886fig2highres.jpg"> 그림 2. 리소그래피 패터닝 LAO / STO 헤테로의 이미지. 칩 캐리어에 결합는 5mm X 5mm는 샘플 와이어를 보여주는 (A) 이미지. (B) 본딩 패드와 캔버스 중 하나를 보여주는 광학 이미지. (C) 하나의 캔버스의 근접입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51886/51886fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/51886/51886fig3highres.jpg"> 그림 3. LAO / STO 나노 구조의 (A) 비공식 디자인. (B) 오픈 소스 확장 가능한 벡터 그래픽 (SVG) 편집기를 사용하여 나노 구조의 정확한 레이아웃입니다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/51886/51886fig4highres.jpg"> 그림 4. C-AFM의 패터닝 (A) 리소그래피 전면 패널. (B) 3 차원 시뮬레이터의 스크린 샷 위치와 C-AFM 팁의 전압을 표시합니다.w.jove.com/files/ftp_upload/52058/52058fig4large.jpg "대상 ="_blank "&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/51886/51886fig5highres.jpg"> 도 5. (A) LAO / STO 나노 구조물이 희석 냉동기에 삽입된다. (B) 시료의 저항의 모니터링이 50 mK의 300 내지 K로부터 냉각 될 때. 장치의 4 단자 차분 컨덕턴스 (C) 모니터링의 함수 장치 (V4t)에서 사이드 게이트 전압를 Vsg 전압. 지멘스 (S)의 단위 및 전압에 표시 강도 그래프는 볼트 (V) 단위로 표시됩니다.

산화물 나노 구조는 과학 기술에 새로운 기회를 제공합니다. LaAlO3 와 SrTiO3 사이의 계면 전도성은 전도성 원자력 현미경 기술을 사용하여 거의 원자 정밀도로 제어 할 수 있습니다. LaAlO3/SrTiO3 인터페이스에서 전도성 나노 구조를 생성하고 측정하기 위한 프로토콜이 시연됩니다.

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

이 비디오에서는 Lengthen 조명 스트론튬 티타네이트 또는 L-A-O-S-T-O 계면에서 전도성 나노 구조를 만들고 측정하는 데 필요한 단계를 보여줍니다. 첫 번째 단계는 샘플을 얻는 것입니다. 각 샘플은 5mm x 1mm 두께의 티탄산 스트론튬과 3.4 단위 셀의 Lome illuminate 또는 LAO로 구성됩니다.다음 단계는 샘플의 포토 리소그래피 가공으로 5초 동안 600RPM으로 샘플에 포토레지스트를 회전시키는 것으로 시작하고 4, 30초 동안 000RPM에서 마스크를 적용하여 사진의 원하는 영역을 노출시키는 것입니다. 레지스트는 100초 동안 320나노미터 광을 샘플에 조사합니다. 포토 레지스트 및 AZ 400 K 현상액을 1분 동안 현상하여 500볼트, 10밀리암페어에서 아르곤 이온 밀로 샘플을 25분 동안 이온 밀링합니다.15나노미터의 밀링 깊이를 생성하려면 DC 스퍼터링 공정을 시작하십시오. 4나노미터의 티타늄과 25나노미터의 금을 샘플에 증착하여 금이 노출된 STO 층과 전기적 접촉을 하도록 합니다. 여기에 사용된 구체적인 스패터링 절차는 원고를 참조하십시오.다음 단계는 이륙입니다. 초음파 세척을 사용하여 샘플 표면에서 포토레지스트를 제거합니다. 이제 처리 후 첫 번째 레이어가 완료되었습니다.샘플은 두 번째 계층을 만드는 데 이상적으로 다음과 같아야 합니다. 이온 밀링 4단계를 제외하고 1단계부터 6단계까지 반복합니다. 플라즈마 세척을 통해 샘플 처리를 마칩니다.다음 단계는 나노 쓰기를 준비하기 위해 캔버스를 와이어 본딩하는 것입니다. 운송 실험용. 캔버스는 칩 캐리어에 와이어 본딩되어야 합니다.샘플의 본딩 패드와 칩 캐리어 사이에 전기 연결이 이루어집니다. 볼 본더는 전기 접점과 칩 캐리어 사이에 하나의 밀 금선을 부착하는 데 사용됩니다. 샘플이 칩 캐리어에 장착되고 와이어가 접착된 후.다음과 같이 표시되어야 합니다. 다음 단계는 실험에서 샘플을 사용하기 위해 나노 구조를 작성하는 것입니다. 나노 구조에 대한 디자인은 비공식적으로 스케치됩니다.그렇다면 오늘날 우리는 어떤 유형의 장치를 작성해야 할까요? 자, 이제 화이트보드에서 장치를 예약해 보겠습니다. 인터페이스에 잘 접촉하기 위해 몇 가지 가상 전극으로 시작하는 것은 어떻습니까?자, 여기 6개의 가상 전극이 있습니다. 그냥 그려요, 메인 채널은 어때요? Okay.We는 전체 캔버스에 걸쳐 주 채널을 수직으로 그릴 수 있을 뿐만 아니라 몇 개의 감지 리드를 그릴 수 있습니다.예, 두 개의 컷이 있는 캐비티를 넣을 수도 있습니다 그리고 메인 채널에 용량성 커플을 위한 사이드 게이트도 넣을 수 있습니다. 예, 좋은 생각입니다. 정밀한 디자인은 오픈 소스 확장 가능한 벡터 그래픽 편집기인 Inkscape를 사용하여 만들어집니다.전도성 A FM 팁의 경로와 전압은 SVG 베지어 곡선과 솔리드 모양으로 인코딩됩니다. 그런 다음 샘플 표면 이미지의 Inkscape 파일이 랩 보기에서 지정됩니다. FM 리소그래피 소프트웨어.프로그램이 실행되고 리소그래피 명령이 원자림 현미경으로 전송됩니다. 진행 상황은 리소그래피 절차를 에뮬레이트하는 3D 시각화 도구를 사용하여 추적됩니다. 녹색 곡선은 양의 전압으로 작성된 전도성 경로를 나타냅니다.빨간색 선은 절연 단계가 국부적으로 복원되는 경로를 나타냅니다. 이 경우, 1 미크론 캐비티가 나노 와이어를 따라 생성되고 있습니다. 다음 단계는 장치를 냉각시키고 측정하는 것입니다.나노 구조가 작성된 후 샘플은 A FM 시스템에서 추출됩니다. 캐리어의 광 여기를 피하기 위해 단계 중에 빨간색 필터 및/또는 조명을 사용해야 하며, 샘플은 희석 장치에 장착됩니다. 희석 장치는 저온 유지 장치에 손상이 발생하지 않도록 저온 유지 장치에 조심스럽게 삽입됩니다.냉각하는 동안 샘플이 전도성을 유지하는지 확인하기 위해 저항을 모니터링합니다. 샘플이 50 밀리켈빈의 기본 온도에 도달하면 저항과 수송을 측정할 수 있습니다. 이 장치에는 Kula 봉쇄 동작에서 Cooper 쌍 터널링으로의 교차가 있으며 완전 초전도 현상이 있습니다.여기서 차동 컨덕턴스는 수치 미분 후의 전체 전류 전압 트레이스에서 구합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 L-A-O-S-T-O 계면에서 전도성 나노 구조를 생산하는 데 필요한 필수 단계를 포괄적으로 이해하게 될 것입니다.

writing-and-low-temperature-characterization-of-oxide-nanostructures

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

이 방법의 전반적인 목표는 싱크로트론 방사와 각도 - 해결 Photoemission 분광법을 사용하여 매우 낮은 온도에서 고체의 낮은 에너지 전자 구조를 결정하는 것입니다.

울트라 낮은 온도에서 각도 - 해결 Photoemission 분광법

우리는 펄스 레이저 증착법 (PLD), 포토 리소그래피와 마이크로 미터 규모의 복합 산화물 장치를 생성하는 와이어 본딩 기술의 사용을 설명합니다. PLD는 에피 택셜 박막을 성장하기 위하여 이용된다. 포토 리소그래피 및 와이어 본딩 기술은 측정을 위해 실제 디바이스를 생성하기 위해 도입된다.

공간적으로 밀폐 복합 산화물의 제조

각종 절차는 복합 산화물 박막의 에피 택셜 성장을위한 원자 정의 된 템플릿을 준비하기 위해 설명되어 있습니다. 단결정 된 SrTiO3 3 (001) 및 (3)의 DyScO 화학적 처리는 (110) 기판은 원자 적으로 매끄러운 표면 단일 말단을 수득 하였다. 칼슘이 Nb를 3 O (10) - 나노 시트는 임의의 기판에 원자 적으로 정의 된 템플릿을 만드는 데 사용되었다.

복합 산화물 박막의 에피 택셜 성장을위한 원자 적으로 정의 된 템플릿

"제거 가능한 세라믹 코팅 방법"은 조정 가능한 크기와 결정 구조를 가진 비 소결 및 금속 종단 단금속 및 바이메탈 조기 전이 금속 카바이드 및 질화물 나노 입자의 합성을 위한 시각적 형식으로 제공됩니다.

단본위제 및 바이메탈 조기 전이 금속 탄화물 및 질화물 나노 입자의 역 마이크로 에멀젼 매개 합성

저온 수직 정렬 탄소 나노튜브의 성장 방법과 반도체 제조를 사용한 수직 상호 연결 전기 테스트 구조의 후속 제작에 대해 설명합니다.

반도체 기술과 호환 저온 탄소 나노 튜브 수직 상호 연결의 제작

우리는 미크론 크기의 새로운 물질 플레이크를 기질에 기계적 박리 및 증착, 수송 실험을 위한 실험 장치 구조 제작, 0.300K의 낮은 온도와 최대 12T의 자기장에서 건조 헬륨 근접 주기 저온 유지 장치에서의 자기 수송 측정 방법을 설명합니다.

소설 재료의 저온 Magnetotransport 측정을위한 고급 실험 방법

막대의 형태로 산화 아연 열 구조는 미리 입금된 촉매 씨 입자의 사용 없이 졸 기반 화학 기상 증 착을 통해 합성 됩니다. 이 메서드는 확장 가능 하 고 다양 한 기판 실리콘, 석 영 또는 고분자와 호환.

에 어로 졸 기반 구조 금속 산화물의 화학 증기 증 착: 산화 아연 막대

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.

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

고품질 대량 및 박막 (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))의 합성 오와 (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) O 엔트로피 안정 산화물 제공 됩니다.

대량 및 Compositionally 변형 엔트로피 안정 산화물의 박막 합성

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.

성장 및 어닐링 중 산소 공극 제어에 의한 산화물 특성 조정

수산화 니켈 나노 시트는 마이크로파 보조 열수 반응에 의해 합성됩니다. 이 프로토콜은 마이크로파 합성에 사용되는 반응 온도와 시간이 반응 수율, 결정 구조 및 국부 배위 환경에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.

마이크로파 합성 조건이 수산화니켈 나노시트의 구조에 미치는 영향

학습하세요 LaAlO₃/SrTiO₃ 계면에서 전도성 나노구조를 작성하고 저온에서 전기적 특성을 측정하는 방법을. 이 프로토콜은 산화물 나노구조 연구에 필수적인 계면 전도도 정밀 제어를 가능하게 합니다.

작성 및 산화물 나노 구조의 저온 특성

더 많은 동영상 탐색