Este trabalho detalha os procedimentos para o crescimento e caracterização de SrTiO cristalina 3 diretamente sobre substratos de germânio por deposição de camadas atômicas. O procedimento ilustra a capacidade de um método de crescimento de todos os produtos químicos para integrar monoliticamente em óxidos semicondutores para dispositivos semicondutores de óxido de metal.
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Artigo de método
Crescimento epitaxial de Perovskita titanato de estrôncio em Germânio via deposição de camadas Atomic
Neste artigo
Resumo
Resumo
A deposição de camada atômica (ALD) é um método de deposição comercialmente utilizado para materiais eletrônicos. O crescimento ALD de filmes finos oferece controle de espessura e conformidade, aproveitando as reações autolimitantes entre os precursores da fase de vapor e o filme em crescimento. Os óxidos de perovskita apresentam potencial para materiais eletrônicos de próxima geração, mas até o momento foram depositados principalmente por métodos físicos. Este trabalho descreve um método para depositar SrTiO3 (STO) em germânio usando ALD. O germânio tem mobilidades de portador mais altas do que o silício e, portanto, oferece um material semicondutor alternativo com operação mais rápida do dispositivo. Este método aproveita a instabilidade do óxido nativo do germânio usando a desoxidação térmica para limpar e reconstruir a superfície do Ge (001) para a estrutura 2×1. STO amorfo de 2 nm de espessura é então depositado por ALD. O filme STO é recozido sob vácuo ultra-alto e cristaliza na superfície Ge reconstruída. A difração de elétrons de alta energia de reflexão (RHEED) é usada durante esta etapa de recozimento para monitorar a cristalização STO. A fina camada cristalina de STO atua como um modelo para o crescimento subsequente de STO que é cristalino à medida que cresce, conforme confirmado pelo RHEED. in situ A espectroscopia de fotoelétrons de raios-X é usada para verificar a estequiometria do filme antes e depois da etapa de recozimento, bem como após o crescimento subsequente do STO. Este procedimento fornece estrutura para que óxidos de perovskita adicionais sejam depositados em semicondutores por meio de métodos químicos, além da integração de heteroestruturas mais sofisticadas já alcançáveis por métodos físicos.
Introdução
materiais perovskita estão se tornando cada vez mais atraente, devido à sua estrutura cúbica ou pseudocubic altamente simétrica e miríade de propriedades. Estes materiais, com fórmula ABO geral 3, composto de átomos de forma coordenada com 12 átomos de oxigénio e átomos B coordenado com seis átomos de oxigênio. Devido à sua estrutura simples, mas ampla gama de elementos potenciais, materiais perovskita fornecer candidatos ideais para dispositivos heterostructure. Heteroestruturas epitaxiais de óxido de vangloriar ferromagnético, 1-3 anti / ferroelétrico, 4 multiferroic, 5-8 superc....
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Protocolo
1. Preparar Sr e Ti Precursores de Experimentação ALD
- Coloque os, humedecer limpo e seco e novos precursores para a antecâmara de uma caixa de luva. Siga o procedimento de carregamento do porta-luvas para garantir purga adequada de ar e umidade. Transferir os materiais para a câmara principal.
Nota: Este grupo usa humedecer in-house construídos (ver Figura 3) com componentes adquiridos comercialmente. Os detalhes da montagem de saturação podem ser encontrados na Lista de reagentes e equipamentos específicos. - Armazenar o precursor de estrôncio (bis estrôncio (Sr) [triisopropylcyclopentadienyl (i
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Resultados
Figuras 5 e 6 mostram raios X típico fotoeletrônica espectros e imagens RHEED de um substrato de Ge limpas e desoxidado. Um substrato de Ge com sucesso-desoxidado é caracterizado pela sua "cara smiley" 2 × 1 reconstruída padrão RHEED 26,39 Além disso., Linhas Kikuchi também são observadas nas imagens RHEED, que indicam a limpeza e ordem de longo alcance da amostra 40. a nitidez e a intensidade do padrão de difracção também.......
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Discussão
A limpeza do substrato Ge é a chave para o sucesso quando o crescimento da epitaxial perovskita usando ALD. A quantidade de tempo que um substrato de Ge gasta entre desengordurante e deoxidization, ea quantidade de tempo entre deoxidization e deposição STO, deve ser mantida a um mínimo. As amostras ainda estão sujeitos à exposição de contaminantes, mesmo sob o ambiente de UHV. A exposição prolongada pode levar a redeposição de carbono acidental ou Ge reoxidação, resultando em crescimento de um filme ruim. Este grupo tem.......
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Divulgações
Os autores não têm interesses financeiros concorrentes para divulgar.
Agradecimentos
Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation (Prêmios CMMI-1437050 e DMR-1207342), pelo Escritório de Pesquisa Naval (Concessão N00014-10-10489) e pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (Concessão FA9550-14-1-0090).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| MBE | DCA | M600 | |
| para MBE | Brooks Automation, Inc. | Analisador de Gás Residual On-Board 8 | |
| para MBE | Extorr, Inc. | ALD XT200M | |
| Huntington Mechanical Laboratories | Fabricado sob medida, parede quente, aço inoxidável, retangular (~20 cm de comprimento, 460 cm3) | ||
| ALD Saturator | Swagelok/Larson Electronic Glass | Ver comentários | Construído à medida a partir de peças fornecidas pela Swagelok e Larson Electronic Glass. O saturador é feito de aço inoxidável 316 e Pyrex. Todas as peças são conectadas por meio de solda de topo. Números de catálogo Swagelok: SS-4-VCR-7-8VCRF, SS-4-VCR-1, SS-8-VCR-1-03816, SS-8-VCR-3-8MTW, 316L-12TB7-6-8, SS-8-VCR-9, SS-4-VCR-3-4MTW, SS-T2-S-028-20. Número de catálogo da Larson Electronic Glass: SP-075-T. |
| Válvulas Manuais para Saturadores | Swagelok | SS-DLVCR4-P e 6LVV-DPFR4-P | Ambas as válvulas seladas por diafragma são usadas de forma intercambiável por este grupo. Os conectores específicos (videocassete macho/fêmea/etc.) a serem usados dependerão do design real do sistema. |
| Válvulas ALD | Swagelok | 6LVV-ALD3TC333P-CV | |
| Tubulação do sistema ALD Tubulação | Swagelok | 316L de vários tamanhos. Este grupo usa o diâmetro interno da fonte de alimentação de 1/4 " | |
| ALD | AMETEK Programmable Power, Inc. | Controlador de Temperatura ALD Sorensen DCS80-13E | |
| Schneider | Electric | Eurotherm 818P4 | |
| ALD Controlador de Válvula | Programa LabView da National Instruments | desenvolvido dentro do grupo | |
| XPS | VG Scienta | ||
| RHEED | Staib Instruments | CB801420 | 18 keV a ~3° ângulo de incidência |
| Sistema de Análise RHEED | k-Space Associates kSA | 400 | |
| Sistema Digital de Ozônio UV | Novascan | PSD-UV 6 | |
| Novascan | PSD-UV OES-1000D | ||
| Titanium tetraisopropoxide (TTIP) | Sigma-Aldrich | 87560 | Inflamável em fase líquida e vapor |
| [header] | |||
| Estrôncio bis(triisopropilciclopentadienil) | Air Liquide | HyperSr | Levemente reativo ao ar e à água. Mais informações fornecidas pela Air Liquide podem ser encontradas em https://www.airliquide.de/inc/dokument.php/standard/1148/airliquide-hypersr-datasheet.pdf |
| wafer Ge (001) | MTI Corporation | GESBA100D05C1 | wafer dopado com Sb polido de um lado de 4", com ρ ≈ 0,04 Ω-cm |
| Argônio (UHP) | Água | ||
| 18,2 MΩ-cm |
Referências
- Phan, M. -H., Yu, S. -C. Review of the magnetocaloric effect in manganite materials. J. Magn. Magn. Mater. 308 (2), 325-340 (2007).
- Serrate, D., Teresa, J. M. D., Ibarra, M. R. Double perovskites with ferromagnetism above room temperature. J. Phys. Condens. Matter.....
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Reimpressões e permissões
