Name: Crescimento epitaxial de Perovskita titanato de estrôncio em Germânio via deposição de camadas Atomic (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 45 s
Description: Aprenda a crescer óxidos de perovskita cristalinos de alta constante dielétrica em substratos de germânio usando deposição de camadas atômicas. Este método escalável facilita a integração de óxidos em microeletrônica com baixas densidades de armadilhas.

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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).

1. Preparar Sr e Ti Precursores de Experimentação ALD <ol><li> 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. </li><li> Armazenar o precursor de estrôncio (bis estrôncio (Sr) [triisopropylcyclopentadienyl (i Pr Cp 3) 2]) e um precursor de titânio (tetra-isopropóxido de titânio [Ti (O- iPr) 4], TTIP) em ambiente inerte (por exemplo, uma caixa de luvas ) após a abertura da embalagem original fornecido pelo fabricante. Nota: Este grupo usa um porta-luvas com um nível de umidade não greater do que 5 ppm. </li><li> Carregar o precursor para o saturador de tal modo que o precursor ocupa cerca de dois terços da parte de vidro do saturador (cerca de 5 g). </li><li> Remontar os humedecer e garantir uma boa vazamento de selo apertado é alcançado. Nota: Este grupo usa junta de metal acessórios selo rosto para conseguir selos à prova de vazamento. </li><li> Descarregar os humedecer preenchidos a partir do porta-luvas e conectar as humedecer cheios para o colector de ALD. Nota: Os precursores carregados podem ser utilizadas múltiplas vezes durante um período prolongado. Os precursores no sistema deste grupo geralmente requerem recarga de seis em seis meses à medida que forem consumidos. Sr (i Pr 3 Cp) 2 é um líquido castanho, tanto a temperatura ambiente e a temperatura de operação para este estudo (130-140 ° C). TTIP é um líquido claro. Quando TTIP se deteriora, normalmente devido à humidade e / ou a contaminação do ar, o precursor vai se transformar em um sólido branco. Não houve visible indicador de deterioração precursor para o Sr (i Pr 3 Cp) 2 observada por este grupo. Deterioração precursor Sr é geralmente detectada por uma redução significativa (superior a 10%) de teor de Sr em um crescimento ALD repetível que utiliza Sr (i Pr Cp 3) 2. </li></ol> 2. Limpeza do Ge (001) Substrato <ol><li> Coloque um substrato de Ge (001) (18 mm x 20 mm), o lado polido virado para cima, em um pequeno copo de vidro (25-50 ml). Encha o copo com cerca de 1 cm de altura com acetona. Colocar o béquer num sonicador de banho e sonicado durante 10 minutos. Nota: Este grupo usa polidas 4-em Ge wafers de um único lado, cortado em 18 × 20 mm 2 peças usando uma serra de corte em cubos. Use fortemente dopado do tipo n Ge se são necessárias medições elétricas do filme (este estudo usa wafers Ge Sb-dopados com ρ ≈ 0,04 Ω-cm), caso contrário, todos os tipos de nível doping e dopantes são aceitáveis. </li><li> Decantar a maioria da acetona em um recipiente de resíduos, tomando cuidado para não derramar ou virar o substrato Ge. Lavar as paredes do copo com álcool isopropílico (IPA) e preencher a aproximadamente 1 cm de altura. Despeje a maioria do IPA em um recipiente de resíduos, encher copo de 1 cm com IPA e sonicate por mais 10 min. </li><li> Repita o passo 2.2, mas substitua IPA com água deionizada. </li><li> Remover o substrato a partir do copo, com uma pinça. Seca-se o substrato com uma pistola de fluxo de azoto ou outro gás inerte seco. </li><li> Colocar o substrato no aspirador de UV-ozono e executar o aspirador durante 30 min. </li><li> Após a limpeza de UV-ozono, imediatamente carregar o substrato para o sistema de vácuo. </li></ol> 3. Carregamento do Ge Substrato <ol><li> Mova a transferência das amostras de linha transportadora-carro na fechadura carga. Fechar o portão válvulas para isolar o bloqueio de carga. </li><li> Desligue a bomba turbomolecular bloqueio de carga e abrir a linha de azoto para ventilar o bloqueio de carga. CompletoPasso 3.3 enquanto aguarda o bloqueio de carga para descarregar completamente. </li><li> Coloque o substrato, o lado polido virada para baixo, em um suporte de amostras mm 20 mm × 20. Nota: Todas as deposições são realizados com a amostra virada para baixo. Certifique-se de que o substrato é nivelada com o fundo do recipiente; caso contrário, experimentos RHEED pode enfrentar dificuldades e os filmes não podem depositar de maneira uniforme. Um porta-amostras deste grupo usa é mostrada na Figura 4. </li><li> Abrir a fechadura de carga depois de ter completamente liberada. Coloque o suporte da amostra em uma posição carrier-carro aberto, alinhando as guias do porta-amostras com os canais da posição carrinho aberto e baixá-lo no lugar. </li><li> Fechar o bloqueio de carga e ligar a bomba turbomolecular bloqueio de carga. Fechar a linha de azoto. </li><li> Aguardar até que a pressão na fechadura de carregamento é de cerca de 5,0 x 10 -7 Torr antes de abrir a válvula de bloqueio de porta de carga e mover o carrinho por meio da linha de transferência. </li></ol> 4. Ge deoxidization <ol><li> Transferir o substrato Ge para a câmara de MBE. </li><li> Rampa de a temperatura do substrato para 550 ° Ge C a 20 ° C • min -1 e em seguida a 700 ° C a 10 ° C • min -1. Depois de se manter a amostra a 700 ° C durante 1 hora, arrefece-se a amostra a 200 ° C com um ° C • min -1 taxa de rampa de 30. </li><li> Use RHEED para confirmar 2 × 1 superfície reconstruída como descrito na seção de resultados representativos. 26,39 </li><li> Opcional: Utilize XPS para garantir que o substrato Ge (001) está livre de óxidos (descrito na Seção 8). </li></ol> 5. Thin Film Crescimento ALD de STO em Ge Substrato <ol><li> Ajuste a temperatura do reator ALD a 225 ºC. </li><li> Sr calor (iPr 3 Cp) 2 a 130 ° C e TTIP a 40 ° C. Manter água à TA (entre 20 e 25 ° C). Regular o fluxo de vapor de água no sistema de ALDatravés da válvula de agulha ligada ao saturador de tal modo que a pressão de dosagem de água é de cerca de 1 Torr. Manter as temperaturas de precursor constante durante todo o processo de deposição. </li><li> Transferir a amostra sob vácuo para o reactor ALD que foi pré-aquecido a 225 ° C e esperar durante 15 min para a amostra atingir o equilíbrio térmico. </li><li> Alternar a porta de escape do reator ALD da bomba turbomolecular à bomba mecânica. </li><li> Ligue o controlador de fluxo para permitir que o fluxo de gás inerte (árgon utiliza neste grupo). Manter uma pressão de trabalho de 1 torr durante todo o processo de crescimento. </li><li> Definir a relação do ciclo unidade de SR para Ti para ser 2: 1. Definir os ciclos de unidade de Sr e Ti para uma dose de 2-sec do precursor Sr ou Ti, seguido por uma purga de árgon 15-sec, e então uma dose de 1 seg de água, seguida por outra de purga de árgon 15-sec. </li><li> Ajustar o número de ciclos de unidade para atingir a espessura desejada. Certifique-se de que a sequência de ALD ciclismo contémtão pouco a repetição de ciclos de unidade Sr ou TI individuais quanto possível. Por exemplo, um 2: sequência de ciclismo 3 Sr-a-Ti vai conseguir melhores resultados quando executado como 1-SR, 1-Ti, seguido por 1-SR, 2-Ti, em vez de 2-Sr seguido de 3-Ti. Nota: Este grupo usada 36 ciclos de unidade para depositar um filme STO espessura de 2 nm em Ge. </li><li> Opcional: Utilize XPS para verificar a composição do filme (descrito na Seção 8). </li></ol> 6. Annealing de STO Film <ol><li> Transfira a amostra depositada sob vácuo para a câmara de recozimento. </li><li> Aquece-se a amostra a 650 ° C a uma velocidade de 20 ° C • min -1 sob condições UHV (10 -9 - 10 -8 Torr). Mantenha a temperatura a 650 ° C durante 5 min, e em seguida, a amostra é arrefecida a 200 ° C com a mesma velocidade. Nota: O uso RHEED para avaliar o resultado de recozimento, tal como descrito na secção de resultados representativos 26,39. </li></ol> 7. FuCrescimento rther de STO <ol><li> Repita Seção 5,1-5,5. </li><li> Definir a relação do ciclo unidade de entre 1: 1 e 4: 3. Manter o mesmo componente de dosagem / purga dentro de cada ciclo de unidade. Definir a sequência de acordo com os princípios mencionados no Passo 5.6. </li><li> Ajustar o número de ciclos de unidade para atingir a espessura pretendida. </li><li> Emparelhar o filme depositado de acordo com a Secção 6 do Protocolo. </li></ol> 8. Medidas XPS <ol><li> Coloque a amostra na câmara de análise XPS e ligue a fonte de raios-X. Assegurar que todas as portas apropriadas / portas estão fechadas para evitar a exposição acidental de raios-X. </li><li> Criar uma nova verificação selecionando os elementos (ligação faixas de energia) desejadas para análise, ou selecionar um programa de exame de pré-existente. Nota: Encadernação faixas de energia pode ser alterado manualmente, se necessário. Defina outras configurações, como a energia passe, energia de excitação, energia passo, e tempo de passo para otimizar a relação sinal-ruído, mas permanecemconstante em todas as verificações elementares para manter a comparabilidade entre os espectros elementar. A Tabela 1 mostra as configurações de digitalização usados ​​por este grupo. </li><li> Verificar se algum carregamento está ocorrendo no substrato, observando a energia de ligação de um pico de elemento conhecido, como O 1s em 531 eV. Nota: O carregamento está ocorrendo se o pico já passou de um valor conhecido. </li><li> Insira uma arma de inundação na câmara de XPS e ligue a arma de inundação se a carga está ocorrendo. Ajuste a saída de energia de inundação arma e distância a partir da amostra de modo que o pico escolhido é deslocado de volta a sua energia de ligação correcta. </li><li> Manipular a posição de fase para maximizar a área sob o pico observado de um elemento conhecido (tipicamente a 1 s ó pico a 531 eV). </li><li> Executar a verificação XPS e recolher os dados. </li><li> Desligar a fonte de raios-X e remover a amostra das XPS. </li></ol>

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Os autores não têm interesses financeiros concorrentes para divulgar.

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...

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 supercondutores, 7 -. 12 e funcionalidades magnetoresistivos 13,14 Muitas dessas propriedades eletrônicas desejáveis ​​são interfacial e, portanto, dependente limpas, transições abruptas entre materiais. As constantes de estrutura de treliça e quase idênticos partilhados entre os membros da família de perovskite para permitir excelente lCoincidindo attice e, portanto, as interfaces de alta qualidade. Prontamente lattice-ajustados entre si, bem como alguns semicondutores, óxidos perovskita estão agora a ser transformado no próxima geração de eletrônicos de metal-oxide-semiconductor. Integração monolítica de óxidos cristalinos com silício, demonstrou pela primeira vez com o titanato de estrôncio perovskita, SrTiO 3 (STO), por McKee e seus colegas, 15 foi um passo monumental para a realização de dispositivos electrónicos com incorporação perovskita-semicondutor. Epitaxia de feixe molecular (MBE) é a principal técnica para o crescimento epitaxial de óxidos de silício por causa do crescimento da camada-por-camada, bem como a pressão parcial de oxigénio sintonizável necessário para controlar amorfo, interfacial formação de SiO2 16 -. 19 crescimento MBE típica de STO sobre Si (001) é realizado por deoxidation Sr-assistida de SiO 2. Sob as condições de vácuo ultra-alto (UHV), SrO é volátil e subJect a evaporação térmica. Desde SrO é termodinamicamente preferida sobre o metal estrôncio e de SiO 2, deposição de Sr elimina o oxigénio a partir da camada de SiO 2 e o SrO resultante evapora-se da superfície. Durante este processo, a superfície de silício experimenta uma reconstrução 2 × 1 na superfície que forma linhas de átomos de silício dimerizados. Convenientemente, ½ monocamada (ML) a cobertura de átomos de estrôncio na superfície reconstruída preenche as lacunas criadas por essas linhas de dímero. 20 A cobertura ½ ML fornece uma camada protetora que, com o controle cuidadoso da pressão de oxigênio, pode prevenir ou controlar interfacial SiO2 formação durante o crescimento do óxido subsequente. 21 - 23 no caso de STO (e perovskitas com fósforo estrutura semelhante), a estrutura resultante é rodado de 45 ° no plano de tal modo que (001) STO ‖ (001) de Si e (100) STO ‖ (110) de Si, permitindo o registo entre Si (3,84A distância de um Si-Si) e STO (a = 3,905 A) com apenas uma ligeira tensão de compressão sobre o STO. Esse registro é necessário para interfaces de alta qualidade e as propriedades desejadas que possuem. Silicon tornou-se industrialmente significativa devido à alta qualidade de seu óxido interfacial, mas SiO2 utilização está a ser eliminado por materiais capazes de desempenho equivalente em tamanhos apresentam menores. SiO 2 experiências correntes de alta fugas quando ultra-fina e isso diminui o desempenho do dispositivo. A demanda por tamanhos característicos menores poderiam ser atendidas por filmes de óxido de perovskita com altas constantes dielétricas, k, que proporcionam um desempenho equivalente a SiO 2 e são fisicamente mais grossa que SiO 2 pelo /3.9 fator k. Além disso, os semicondutores alternativas, como germânio, oferecem potencial para o funcionamento do dispositivo mais rápido devido à mobilidades de elétrons e buracos maiores do que o silício. 24,25 Germânio também tem um interfóxido Acial, GeO 2, mas em contraste com o SiO2, que é instável e sujeito a desoxidação térmica. Assim, 2 × 1 reconstrução é alcançável por tratamento térmico simples sob UHV, e uma camada protectora Sr é desnecessária para impedir o crescimento de óxido interfacial durante a deposição de perovskite. 26 Apesar da aparente facilidade de crescimento oferecido por MBE, deposição de camada atómica (ALD) fornece um método eficaz mais escalável e de custo do que MBE para a produção comercial dos materiais de óxido de 27,28. ALD emprega doses de precursores gasosos para o substrato que são auto- limitante na sua reacção com a superfície do substrato. Portanto, em um processo de ALD ideal, até uma camada atómica é depositado para qualquer dado ciclo de precursor de dosagem e a administração continuada do mesmo precursor não irá depositar material adicional sobre a superfície. Funcionalidade reactiva é restaurado com um co-reagente, frequentemente um precursor oxidativo ou redutivo (por exemplo,, Água ou amônia). Trabalhos anteriores demonstraram o crescimento ALD de várias películas de perovskite, tal como anatase TiO2, SrTiO 3, BaTiO 3, e LaAlO 3, sobre Si (001) que tinha sido tamponada com STO espessa de células de quatro unidades crescido através MBE. 29 - 34 em crescimento puramente MBE cristalinas de óxidos, ½ cobertura monocamada de Sr em Si limpo (001) é suficiente para proporcionar uma barreira contra a formação de SiO2 sob as pressões nativas da técnica (~ 10 -7 Torr). No entanto, sob as pressões de operação típicas de ALD ~ 1 Torr, trabalho anterior demonstrou que quatro células unitárias de STO é necessária para evitar a oxidação da superfície do Si 29. O procedimento detalhado aqui utiliza a instabilidade de GeO2 e atinge integração monolítica de STO em germânio através ALD sem a necessidade de uma camada tampão de adulto MBE. 26 Além disso, a distância Ge-Ge interatômica (3,992 Â) sobre a sua (100) de superfície permite um registro epitaxial análoga com STO que é observado com Si (001). Embora o procedimento aqui apresentado é específico para STO em Ge, ligeiras modificações podem permitir a integração monolítica de uma variedade de películas de perovskite em germânio. De fato, o crescimento ALD direta de SrHfO cristalina 3 e BaTiO 3 filmes foram reportados em Ge. 35,36 possibilidades adicionais incluem o óxido de porta em potencial, SrZr x Ti 1-x O 3. 37 Finalmente, com base em estudos anteriores de crescimento perovskita ALD sobre uma película de STO célula de quatro unidades de Si (001) 29-34 sugere que qualquer filme que pode ser cultivada na plataforma / Si STO pode ser produzido em um filme de tampão STO crescido-ALD em Ge, tais como LaAlO 3 e LaCoO 3. 32,38 a multidão de propriedades disponíveis para heteroestruturas de óxido e notável semelhança entre os óxidos de perovskita sugerem que este procedimento poderia ser utilizado to estudo previamente combinações de crescimento difíceis ou impossíveis com uma técnica tão industrialmente viável. A Figura 1 mostra o diagrama esquemático do sistema de vácuo, que engloba ALD, MBE, e câmaras de análise ligados por uma linha de transferência de 12 pés. As amostras podem ser transferidos sob vácuo entre cada câmara. A pressão de linha de base da linha de transferência é mantida a cerca de 1,0 × 10 -9 Torr por três bombas de íons. O sistema comercial resolvida no ângulo de raios ultravioleta e de raios-X Espectroscopia Fotoelectrónica (XPS) é mantido com uma bomba de iões de tal modo que a pressão na câmara de análise é mantida a, aproximadamente, 1,0 x 10 -9 Torr. O reactor ALD é uma câmara de aço inoxidável com especificação rectangular com um volume de 460 cm 3 e comprimento de 20 cm. Um diagrama esquemático do reactor ALD é mostrado na Figura 2. O reactor é uma parede quente, tipo de reactor de fluxo cruzado contínua.As amostras colocadas no reactor têm uma folga de 1,7 cm entre a superfície de topo do substracto e do tecto da câmara e 1,9 cm entre a parte inferior do substrato e o chão da câmara. Uma fita de aquecimento, alimentado por uma fonte de energia dedicada, é enrolado em torno da câmara a partir da entrada para cerca de 2 cm para além do orifício de escape e fornece controlo da temperatura das paredes do reactor. Um controlador de temperatura regula a entrada de alimentação para a fita de aquecimento de acordo com uma medida de temperatura tomada por um par térmico localizado entre a fita de aquecimento e a parede exterior do reactor. O reactor é então completamente envolvido com três fitas de aquecimento adicionais de potência constante fornecida por um variac, e uma camada final de lã de fibra de vidro com revestimento de folha de alumínio proporciona isolamento para promover o aquecimento uniforme. A potência de saída do variac é ajustada de tal forma que a temperatura em marcha lenta (quando a energia dedicada de alimentação é desligada), do reactor é de cerca de 175 ° C. O reactor é Passivamente arrefecida através do ar ambiente. A temperatura do substrato é calculado utilizando a equação linear de encaixe (1), em que T s (° C) é a temperatura do substrato e T C (° C) é a temperatura da parede do reactor, obtida através da medição directamente um substrato equipado com um termopar. Um perfil de temperatura existente ao longo da direcção de escoamento da câmara devido à válvula de porta fria que liga o reactor para a linha de transferência; o perfil de temperatura é perpendicular à direcção de fluxo é negligenciável. O perfil de temperatura provoca uma deposição Sr mais rica no bordo de ataque da amostra, mas a variação na composição ao longo da amostra é pequeno (menos do que uma diferença de 5% entre os bordos anterior e posterior da amostra) de acordo com XPS. 31 Os gases de escape do reactor é ligado a uma bomba turbomolecular e uma bomba mecânica. Durante o processo de ALD, o reactor é bombeado pela bomba mecânica para manter a pressão a cerca de 1 Torr. Caso contrário, o REACTOR pressão é mantida abaixo de 2,0 x 10 -6 Torr pela bomba turbomolecular. (1) = 0.977T t s c + 3,4 A câmara de MBE é mantida a uma pressão de linha de base de aproximadamente 2,0 x 10 -9 Torr ou menos por uma bomba criogénica. A pressão parcial de várias espécies na câmara MBE é monitorizada por um analisador de gás residual. A pressão de H2 de fundo é de cerca de 1,0 x 10 -9 Torr, enquanto que os de O2, CO, N2, CO2, e H2O, são menos do que 1,0 x 10 -10 Torr. Além disso, a câmara de MBE também é equipado com seis células de efusão, um quatro-pocket evaporador feixe de elétrons, uma fonte de plasma de nitrogênio atômico e uma fonte de plasma de oxigênio atômico com válvula de alta precisão piezoelétrico vazamento, e uma difração de elétrons de alta energia reflexão (RHEED ) sistema em tempo real em observações de crescimento e de cristalização in situ. O Sammanipulador PLE permite que o substrato ser aquecido até 1000 ° C utilizando um aquecedor de carboneto de silício de oxigénio-resistente.

<table><tbody>Bomba criogênica <tr><td>MBE</td><td>DCA</td><td>M600</td><td></td></tr><tr><td>para MBE</td><td>Brooks Automation, Inc.</td><td>Analisador de Gás Residual On-Board 8</td><td></td></tr><tr><td>para MBE</td><td>Extorr, Inc.</td>Câmara de Reação <td>ALD XT200M</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Huntington Mechanical Laboratories</td><td></td><td>Fabricado sob medida, parede quente, aço inoxidável, retangular (~20&nbsp; cm de comprimento, 460 cm3)</td></tr><tr><td>ALD Saturator</td><td>Swagelok/Larson Electronic Glass</td><td>Ver comentários</td><td>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.</td></tr><tr><td>Válvulas Manuais para Saturadores</td><td>Swagelok</td><td>SS-DLVCR4-P e 6LVV-DPFR4-P</td><td>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.</td></tr><tr><td>Válvulas ALD</td><td>Swagelok</td><td>6LVV-ALD3TC333P-CV</td><td></td></tr><tr><td>Tubulação do sistema ALD Tubulação</td><td>Swagelok</td><td></td><td>316L de vários tamanhos. Este grupo usa o diâmetro interno da fonte de alimentação de 1/4 "</td></tr><tr><td>ALD</td><td>AMETEK Programmable Power, Inc.</td><td>Controlador de Temperatura ALD Sorensen DCS80-13E</td><td></td></tr><tr><td>Schneider</td><td>Electric</td><td>Eurotherm 818P4</td><td></td></tr><tr><td>ALD Controlador de Válvula&nbsp;</td><td>Programa LabView da National Instruments</td><td></td><td>desenvolvido dentro do grupo</td></tr><tr><td>XPS</td><td>VG Scienta</td><td></td><td></td></tr><tr><td>RHEED</td><td>Staib Instruments</td><td>CB801420</td><td>18 keV a ~3&deg; ângulo de incidência</td></tr><tr><td>Sistema de Análise RHEED</td><td>k-Space Associates kSA</td><td>400</td><td></td></tr><tr><td>Sistema Digital de Ozônio UV</td> Sistema de Eliminação de Ozônio <td>Novascan</td><td>PSD-UV 6</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Novascan</td><td>PSD-UV OES-1000D</td><td></td></tr><tr><td>Titanium tetraisopropoxide (TTIP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>87560</td><td>Inflamável em fase líquida e vapor &nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>Estrôncio bis(triisopropilciclopentadienil)</td><td>Air Liquide</td><td>HyperSr</td><td>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</td></tr><tr><td>wafer Ge (001)</td><td>MTI Corporation</td><td>GESBA100D05C1</td><td>wafer dopado com Sb polido de um lado de 4", com &rho; &asymp; 0,04 &Omega;-cm</td></tr><tr><td>Argônio (UHP)</td><td>Água</td> Deionizada Praxair <td></td><td></td></tr><tr><td>18,2 M&Omega;-cm</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

crescimento epitaxial de perovskita titanato de estrôncio em germânio via deposição de camadas atomic

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

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.

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 &quot;cara smiley&quot; 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...

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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