Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Radiofrequentie Magnetron sputteren van GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0,33MnO3 quasi-dubbelgelaagde Films op SrTiO3 (STO) Single-crystal substraten

6.5K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/58069

⸱

12 april 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

In dit artikel

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol om te groeien van LSMO nanodeeltjes en (Gd) BCO films op (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substraten door radiofrequentie (RF)-sputteren.

Samenvatting

Hier tonen we een methode van coating Ferromagnetische La0.67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanodeeltjes op (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substraten door radiofrequentie (RF) magnetron sputteren. LSMO nanodeeltjes werden gestort met een diameter van 10 naar 20 nm en hoogtes tussen 20 en 50 nm. Op hetzelfde moment, (Gd) Ba2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) films werden vervaardigd op beide apparaat en LSMO nanoparticle ingericht STO substraten met behulp van RF-magnetron sputteren. Dit verslag beschrijft ook de eigenschappen van GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0,33MnO3 quasi-dubbelgelaagde films structuren (bijvoorbeeld kristallijne fase, morfologie chemische samenstelling); magnetisatie, magneto-vervoer en supergeleidende vervoer eigenschappen werden eveneens beoordeeld.

Inleiding

De Manganiet van hole-doped La0.67Sr0,33MnO3 (LSMO) hebben unieke eigenschappen zoals wide-band lacunes, half-metalen Ferromagnetisme, en elektronische Staten, waarmee buitengewone kansen voor potentiële verstrikt spintronic toepassingen1,2,3,4. Op dit moment veel onderzoekers zijn endeavoring te profiteren van de unieke eigenschappen van LSMO bewonen de vortex beweging voor hoogtemperatuur supergeleidende (HTS) films, zoals (her) Ba2Cu3O7−δ films (REBCO, RE = rare - earth element)5,6,7,8,9,10,11,12. Nanoschaal decoratie van de oppervlakken van het substraat met Ferromagnetische nanodeeltjes zorgt voor welomschreven sites voor inducerende magnetische spelden centra van verwachte dichtheid13,14. De mogelijkheid om controle van de dichtheid en de geometrie van de nanodeeltjes op de zeer gestructureerde oppervlakken, zoals op single-crystal substraten en zeer getextureerde metalen substraten is echter zeer moeilijk. Meestal, nanodeeltjes worden gesynthetiseerd bekleed op oppervlakken met behulp van metalen biologische afbraak methoden15en gepulseerde laser deposition methoden16,17. Hoewel pulse laser deposition methoden nanodeeltjes bekleed op verschillende ondergronden kunnen, is het moeilijk te realiseren groot gebied homogene nanodeeltjes afzetting. Wat metalen biologische afbraak methoden zijn ze goed voor groot gebied afzetting van nanodeeltjes. De nanodeeltjes zijn echter vaak niet-uniforme en gemakkelijk beschadigd door kleine fysieke benadrukt.

Onder deze technieken heeft RF-magnetron sputteren vele voordelen. Sputteren heeft een hoge afzetting tarief, lage kosten, en een gebrek aan vergiftige gassen uitstoot. Ook is het eenvoudig uit te breiden tot grootschalige gebied substraten18,19. Deze methode biedt-voor-stapmodus vorming van La0.67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanodeeltjes en nanoparticles zijn gemakkelijk te worden gestort op één-crystal substraten. RF magnetron sputteren kunt maken groot gebied nanodeeltjes uniform op allerlei substraten, ongeacht de structuur van het oppervlak, en oppervlakteruwheid20. Het besturingselement deeltje kan worden bereikt door sputteren tijd aanpassen. Homogeniteit kan worden bereikt door target-substraat afstand aanpassen. Het nadeel van de RF-magnetron sputteren is het lagere groeitempo voor sommige stikstofoxiden21. In deze aanpak, doelgroep atomen (of moleculen) zijn plaatgaasfolie uit de doelgroep door argon ion en vervolgens nanodeeltjes worden afgezet op substraten in de damp fase22. Nanodeeltjes vorming treedt op bij het substraat in een enkele stap23. Deze methode is theoretisch toepasbaar op met inbegrip van supergeleidende dunne film weerstand film, film van halfgeleider, Ferromagnetische dunne film etc. echter tot op heden, rapporten over protocollen voor het storten Ferromagnetische materialen nanodeeltjes zijn zeer schaars.

Hier tonen we de afzetting van GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0,33MnO3 quasi-dubbelgelaagde films op SrTiO3 (STO) single-crystal substraten door RF magnetron sputteren methode. Twee soorten doel materialen, GdBa2Cu3O7−δ en La0.67Sr0,33MnO3 doel worden gebruikt in het proces. SrTiO3 (STO) single-crystal substraten waren bedekt met GdBa2Cu3O7−δfilms en GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr 0,33 MnO3 quasi-dubbelgelaagde films.

In dit protocol, worden GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0,33MnO3 quasi-dubbelgelaagde films gedeponeerd met RF-magnetron sputteren op STO (001) substraten. De doel-diameter is 60 mm en de afstand tussen de doelgroep en substraten is ongeveer 10 cm. De kachels zijn lampen geplaatst 1 cm boven de substraten. De maximale temperatuur is 850° C in dit systeem. Er zijn 5 verschillende substraten in dit systeem. RF-magnetron sputteren GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0,33MnO3 quasi-dubbelgelaagde films bestaat uit twee stappen, die de voorbereiding van substraten en de RF-magnetron sputteren proces. Een foto van het sputteren systeem is afgebeeld in figuur S1.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. substraat en Target voorbereiding

Opmerking: Deze sectie beschrijft de opstelling van de zaal van de depositie sputter en de één crystal SrTiO3 (STO) substraten.

  1. 10 x 10 mm SrTiO3 (STO) single-crystal substraten tijdens de RF-magnetron sputteren proces gebruiken.
  2. Sequentieel schoon de substraten in isopropanol en gedeïoniseerd water gedurende 10 minuten bij kamertemperatuur in ultrasoonbad. Vervolgens drogen de substraten met stikstof, dat voor uniforme afdekken van het substraat en de naleving van de goede film.
  3. Monteer de (001) STO substraten in het substraat houders met zilveren poeder geleidende lijm. Laad deze in de Vacuuemcel.
  4. Het doel van LSMO in de magnetron injectie gun mount, en vervolgens Monteer het pistool. Test de weerstand met een ohmmeter, om te voorkomen dat een kortsluiting tussen de magnetron en het omliggende schild. Dichtbij die de Vacuuemcel is gesloten en pomp naar beneden.
  5. Zodra het vacuüm lager dan 1 x 10-4 Pa is, Verwarm de substraten tot 850 ° C met behulp van een opwarmsnelheid van 15 ° C/min. set de afstand van de target-substraat tot 8 cm.
  6. Stel de massastroom controller op 10 sccm van O en 5 sccm voor Ar als werken van de gasstroom. Gebruik van Ar / O gemengde gas te houden O kationische verhouding (3) voor La0.67Sr0,33MnO3 -materiaal tijdens de groei.
  7. Voordat de afzetting, vooraf sputter het doelwit van LSMO voor 20 min op 30 W. High power tot leiden zal in het doel scheuren en met behulp van lage kracht zal leiden tot meer tijd voor een schoon oppervlak, dus we 20 min voor 30 W. kiezen

2. LSMO Nanoparticle depositie

Opmerking: Deze sectie beschrijft de afzetting van LSMO nanoparticles door de RF-magnetron sputteren.

  1. Om de druk van een kamer van 25 Pa, passen de moleculaire pomp splint klep. Als de onmiddellijke waarde is steeds groter dan 25 Pa, draaien linksom; Als het wordt steeds kleiner dan 25Pa, draaien met de klok mee. Totdat de druk heeft geregeld om een stabiele waarde.
  2. Controleer of de temperatuur van het substraat op 850 ° C blijft en stabiel is.
  3. Verhoog het vermogen van de magnetron van 30 tot 80 W. 10 min, wachten totdat het plasma wordt gestabiliseerd.
  4. Open de sluiter en storten van LSMO op het verwarmde substraat.
    Opmerking: We gebruikten sputteren tijden van 5, 10, 30 en 60 s voor vier monsters.
  5. Sluit de sluiter. Sluiten van stroom voor de magnetron. Sluit de gas klep en vermogen van de kachel is uitgeschakeld.
  6. De monsters tot kamertemperatuur afkoelen. Ongewoon, duurt dit ten minste twee uur in dit systeem. De kamer met droge stikstof vent, openen en verwijderen van de monsters.

3. GdBa2Cu3O7−δ Film depositie

  1. Monteer de GdBa2Cu3O7−δdoelgroep in de magnetron pistool en monteer het pistool. Geen (Gd) BCO films, met behulp van stappen vergelijkbaar met stap 1.4-2.8 storten. Soortgelijke afzetting voorwaarden voor (Gd) BCO films wat betreft de LSMO nanodeeltjes, behalve voor het sputteren tijd die 30 min moet gebruiken. Na dit, de groei zal worden en volgende stap is het na gloeien.
  2. Verlagen van de temperatuur van het monster tot 500° C. Open vervolgens de gas klep voor zuurstof te geven een kamer druk van 75.000 Pa. Houd de monsters bij deze temperatuur gedurende één uur.
    Opmerking: De temperatuur van 500 ° C en een druk van de kamer van 75.000 Pa zijn voor het bereiken van uniforme LSMO nanodeeltjes.
  3. De monsters tot kamertemperatuur afkoelen. De kamer met droge stikstof vent, openen en verwijderen van de monsters.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De dikte van (Gd) BCO films op zowel kale en LSMO ingericht STO substraat was 500nm, die werd gemeten door een oppervlakte profilometer. De laagdikte werd gecontroleerd door de tijd te sputteren. Figuur 1a b toont het beeld van de AFM van LSMO nanoparticle (sputteren tijd van 10 s) op 1.0 x 1.0 cm single-crystal STO substraten om te bewijzen dat de LSMO nanodeeltjes geteeld op substraten STO uniform. Het oppervlak en voor het meten van de ruw...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Hier hebben we aangetoond dat deze methode kan worden gebruikt om het bereiden van LSMO Ferromagnetische nanodeeltjes van uniforme verdeling op SrTiO3 (STO) single-crystal substraten. De (Gd) BCO films ook kunnen worden gestort op beide blote en LSMO ingericht STO substraat. Met een juiste aanpassing van gedeponeerde parameters zoals groei temperaturen en doel-substraat afstand, moet deze methode bruikbaar zijn voor magnetische en niet-magnetische deeltjes of lagen, bijvoorbeeld, CeO van2, YSZ (gest...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd gesteund door de National Natural Science Foundation of China (nr. 51502168; No.11504227) en de Shanghai gemeentelijke Natural Science Foundation (No.16ZR1413600). De auteurs bedanken dankbaar de instrumentale analyse Center van Shanghai Jiao Tong Universiteit en Ma-tek analytisch labo voor bevoegde technische bijstand.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Sputter Deposition SystemShenyang Scientific Instruments Limited by Share LtdBespoke
SrTiO3 Single Crystal SubstrateHefei Ke Crystal Material Technology Co., LtdSingle-sided epi-polished(001) orientatie
La0.67Sr0.33MnO3 sputtering targetHefei Ke Crystal Material Technology Co., LtdBespoke60 mm diameter
GdBa2Cu3O7−δ sputtering targetHefei Ke Crystal Material Technology Co., LtdBespoke60 mm diameter
Atomic Force MicroscopeBrükerDimension Icon
X-ray DiffractometerBrükerD8 Discover
Physical Property Measurement SystemQuantum DesignPPMS 9

Referenties

  1. Gong, J., Zheng, D., Li, D., Jin, C., Bai, H. Lattice distortion modified anisotropic magnetoresistance in epitaxial La0.67Sr0.33MnO3 thin films. Journal of Alloys and Compounds. 735, 1152-1157 (2018).
  2. Wang, J., Han, Z., Bai, J., Luo, B., Chen, C. Magnetoelectric coupling in oxygen deficient La0.67Sr0.33MnO3-δ/BaTiO3 composite film. Physica B: Condensed Matter. 534, 141-144 (2018).
  3. Duan, Z., et al. Facile fabrication of micro-patterned LSMO films with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel method on LaAlO3 substrates. Ceramics International. 42 (12), 14100-14106 (2016).
  4. Xu, P., Huffman, T. J., Kwak, I. H., Biswas, A., Qazilbash, M. M. Temperature dependent infrared nano-imaging of La0.67Sr0.33MnO3 thin film. Journal of Physics-Condensed Matter. 30 (2), (2018).
  5. Bulaevskii, L. N., Chudnovsky, E. M., Maley, M. P. Magnetic pinning in superconductor-ferromagnet multilayers. Applied Physics Letters. 76 (18), 2594-2596 (2000).
  6. Chen, C. Z., et al. Flux pinning of stress-induced magnetic inhomogeneity in the bilayers of YBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3−δ. Journal of Applied Physics. 106 (9), 093902(2009).
  7. Chen, C. Z., et al. Robust high-temperature magnetic pinning induced by proximity in YBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 hybrids. Journal of Applied Physics. 109 (7), 073921(2011).
  8. Huang, J., et al. Magnetic properties of (CoFe2O4)x:(CeO2)1−x vertically aligned nanocomposites and their pinning properties in YBa2Cu3O7−δ thin films. Journal of Applied Physics. 115 (12), 123902(2014).
  9. Lange, M., Bael, M. J. V., Bruynseraede, Y., Moshchalkov, V. V. Nanoengineered Magnetic-Field-Induced Superconductivity. Physical Review Letters. 90 (19), 197006(1970).
  10. Rakshit, R. K., Budhani, R. C., Bhuvana, T., Kulkarni, V. N., Kulkarni, G. U. Inhomogeneous vortex-state-driven enhancement of superconductivity in nanoengineered ferromagnet-superconductor heterostructures. Physical Review B. 77 (5), 052509(2008).
  11. Guo, H., Ward, T. Z. Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides. Journal of Visualized Experiments. 77, e50573(2013).
  12. Wang, Y., Li, Y., Liu, L., Xu, D. Improvement of flux pinning in GdBa2Cu3O7-delta thin film by nanoscale ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 pretreatment of substrate surface. Ceramics International. 44 (1), 225-230 (2018).
  13. Martín, J. I., Vélez, M., Nogués, J., Schuller, I. K. Flux Pinning in a Superconductor by an Array of Submicrometer Magnetic Dots. Physical Review Letters. 79 (10), 1929-1932 (1997).
  14. Morgan, D. J., Ketterson, J. B. Asymmetric Flux Pinning in a Regular Array of Magnetic Dipoles. Physical Review Letters. 80 (16), 3614-3617 (1998).
  15. Gutierrez, J., et al. Anisotropic c-axis pinning in interfacial self-assembled nanostructured trifluoracetate-YBa2Cu3O7−x films. Applied Physics Letters. 94 (17), 172513(2009).
  16. Tran, D. H., et al. Enhanced critical current density in GdBa2Cu3O7-δ thin films with substrate surface decoration using Gd2O3 nanoparticles. Thin Solid Films. 526 (0), 241-245 (2012).
  17. Jha, A. K., Khare, N., Pinto, R. Interface engineering using ferromagnetic nanoparticles for enhancing pinning in YBa2Cu3O7-delta thin film. Journal of Applied Physics. 110 (11), (2011).
  18. Casotti, D., et al. Ageing effects on electrical resistivity of Nb-doped TiO2 thin films deposited at a high rate by reactive DC magnetron sputtering. Applied Surface Science. 455, 267-275 (2018).
  19. Li, Y., et al. Preparation of single-phase Ti2AlN coating by magnetron sputtering with cost-efficient hot-pressed Ti-Al-N targets. Ceramics International. 44 (14), 17530-17534 (2018).
  20. Mahdhi, H., Djessas, K., Ben Ayadi, Z. Synthesis and characteristics of Ca-doped ZnO thin films by rf magnetron sputtering at low temperature. Materials Letters. 214, 10-14 (2018).
  21. Shen, H., Wei, B., Zhang, D., Qi, Z., Wang, Z. Magnetron sputtered NbN thin film electrodes for supercapacitors. Materials Letters. 229, 17-20 (2018).
  22. Sinnarasa, I., et al. Influence of thickness and microstructure on thermoelectric properties of Mg-doped CuCrO2 delafossite thin films deposited by RF-magnetron sputtering. Applied Surface Science. , 244-250 (2018).
  23. Thi-Thuy-Nga, N., Chen, Y. -H., Chen, Z. -M., Cheng, K. -B., He, J. -L. Microstructure near infrared reflectance, and surface temperature of Ti-O coated polyethylene terephthalate fabrics prepared by roll-to-roll high power impulse magnetron sputtering system. Thin Solid Films. , 1-8 (2018).
  24. Wang, Y., Xu, D., Li, Y., Liu, L. Texture and morphology developments of Yttria-stabilized zirconia (YSZ) buffer layer for coated conductors by RF sputtering. Surface & Coatings Technology. 232, 497-503 (2013).
  25. Petrisor, T. Jr, et al. Magnetic pinning effects of epitaxial LaxSr1-xMnO3 nanostructured thin films on YBa2Cu3O7-delta layers. Journal of Applied Physics. 112 (5), (2012).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

GdBa2Cu3O7 delta filmsLa067Sr033MnO3 nanodeeltjesSrTiO3 substratendepositie van oxidefilmsgroei van nanodeeltjessupergeleidende eigenschappenmagnetisatiehysteresiskritische stroomdichtheidAFM imaging
Radiofrequentie Magnetron sputteren van GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0,33MnO3 quasi-dubbelgelaagde Films op SrTiO3 (STO) Single-crystal substraten
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.