Атомно шаблонов, для эпитаксиального роста сложного оксида тонких пленок
4 декабря 2014 г.
Различные процедуры описаны подготовить атомно определенные шаблоны для эпитаксиального роста сложных оксидных пленок. Химические обработки монокристаллических SrTiO 3 (001) и DyScO 3 (110) подложки были выполнены, чтобы получить атомно-гладкие, одноместные прекращено поверхности. Ca 2 Nb 3 O 10 - нанолисты были использованы для создания атомно определенные шаблоны на произвольных поверхностей.
Общая цель следующих экспериментов заключается в подготовке анатомически определенных матриц для таксального роста эпитов сложных оксидных тонких пленок. Первым подходом к достижению этой цели является химическая обработка монокристаллического стронция, титаната и DYS. Профессионалы сканируют подложки с датой для получения атомарно гладких одинарных концевых поверхностей.
Второй подход заключается в нанесении слоя нанолистов на произвольные подложки с помощью осаждения Lard Lodge или LB для создания затравочного слоя для последующего роста пленки. Результаты показывают, что пленки epit Taxal могут быть выращены на полученных шаблонах, что можно увидеть с помощью атомно-силовой микроскопии и дифракции обратного рассеяния электронов. При использовании перских оксидных подложек предпочтительна одноповерхностная заделка для получения высококачественных архитектурных пленок.
Основное преимущество использования нанолистов по сравнению с другими существующими методами заключается в том, что относительно дорогие и ограниченные по размеру монокристаллические подложки могут быть заменены практически любым материалом подложки. Сначала погружение в дисперсию. Отсканируйте восемь подложек в стакане, наполненном ацетоном, и поместите его в ультразвуковую ванну на 10 минут Повторив этот шаг с этанолом, используйте азотный пистолет для сушки подложек, сдувая капли этанола с поверхности.
Проверьте поверхность каждой подложки с помощью оптического микроскопа. Удалите остатки частиц, аккуратно потерев подложку о ткань линзы, смоченную этанолом, и высушите образец азотным пистолетом. Повторяйте предыдущие шаги до тех пор, пока в микроскоп не перестанут быть видны частицы.
Затем обработайте субстраты при температуре 1000 градусов в течение четырех часов в атмосфере кислорода. Когда закончите, погрузите восемь подложек Ane spross в стакан, содержащий деионизированную воду, с помощью тефлонового держателя. Затем поместите стакан в ультразвуковую ванну на 30 минут.
Перенесите тефлоновый держатель, в котором находятся подложки, из стакана с деионизированной водой в стакан, содержащий буферный фтористый водород. Поместив стакан в ультразвуковую ванну на 30 секунд, перенесите тефлоновый держатель в устойчивый к фтористому водороду стакан, содержащий деионизированную воду, и погрузите в него на 20 секунд, осторожно перемещая держатель вверх и вниз. После того, как предыдущий шаг был повторен в двух других стаканах, наполненных водой, оставьте держатель с подложкой в стакане, содержащем этанол.
После того, как вся буферизованная жидкость, содержащая фтористый водород, будет утилизирована, высушите подложки с помощью азотного пистолета. Проверьте поверхность с помощью оптического микроскопа, повторяя этап очистки, если видна грязь. После наполнения стакана гидроксидом натрия 12 моляров погрузите подложки с помощью тефлонового держателя и поместите стакан в ультразвуковую ванну на 30 минут.
После погружения в один моляр гидроксид натрия промойте подложки путем последующего погружения в три стакана с водой и, наконец, в стакан с этанолом. Затем просушите субстраты с помощью азотного пистолета. Проверьте поверхность с помощью оптического микроскопа и при необходимости очистите, используя описанную ранее процедуру после подготовки нанолиста кальциевых оватов.
Очистите пластину Вилли, промыв ее деионизированной водой. Затем очистите пластину кислородной плазмой при высокой энергии не менее трех минут для каждой стороны. Сразу после этого поместите пластину Вилли в деионизированную воду.
Затем очистите корыто LB в двух барьерах, промыв деионизированной водой и почистив этанолом щеткой. После промывки деионизированной водой, опять же, просушите корыто в двух барьерах с газообразным азотом, поместите установку в коробку, которую можно закрыть во время осаждения для защиты от проточного воздуха и пыли и на антивибрационный стол. После этого удалите 50 миллилитров из верхней части свежей нано-листовой дисперсии с помощью шприца, и медленно добавьте ее в корыто, давая дисперсии отдохнуть.
В течение 15 минут очистите произвольную подложку, совместимую с водными растворами. Когда закончите, прикрепите подложку к держателю установки LB и нанесите по нему последний удар. При использовании газообразного азота поместите держатель в положение LB.
Далее опустите ивовую тарелку в корыто и аккуратно прикрепите ее к пружине. Удалите капельки с проволоки тарелки с помощью листа бумаги. Опустите подложку до тех пор, пока она не коснется поверхности нанолистовой дисперсии.
Затем установите высоту в программном обеспечении равной нулю, опустите подложку дальше до нужной глубины, следя за тем, чтобы держатель подложки не касался дисперсии листа нана. После этого установите поверхностное давление в программном обеспечении на ноль и дайте дисперсии отдохнуть в течение 15 минут. Установив поверхностное давление в программном обеспечении снова в ноль, начните первый этап осаждения с перемещения барьеров со скоростью три миллиметра в минуту для медленного сжатия поверхности, следите за развитием поверхностного давления и площадью поверхности в ожидании, пока увеличение давления значительно замедлится и давление приблизится к своему максимуму.
Введите достигнутое значение в качестве целевого давления и установите высоту ковша на фактическое значение. Затем приступают ко второму этапу осаждения с забора подложки из дисперсии со скоростью один миллиметр в минуту. Следите за давлением на поверхности.
Снимите пластину Вилли, когда нанесение закончится после промывки, храните ее в деионизированной воде. Наконец, удалите субстрат после того, как он высохнет, совершенно другие окончания анального дисиса. Плюсы, можно увидеть подложки из оксида скандия, а также морфологию, ожидаемую для подложек с одиночным концом.
Более высокая шероховатость поверхности как на высоте, так и на фазовых изображениях по сравнению с одиночными концевыми поверхностями является признаком наличия обеих заделок. Коленопреклоненные в химически обработанном титанате стронция подложки имеют четко выраженные террасы. С помощью атомно-силовой микроскопии можно измерить только разницу в высоте элементарных ячеек, указывающую на одну концевую поверхность.
Конечным критерием для успеха химической обработки является качество пленки, стонущей на подложке. После этого стронциевый мочеиспускатель хорошо растет на одиночных концевых субстратах. Незначительные невидимые участки второй терминационной области могут оказывать существенное влияние на качество пленки.
Поверхности монослоя нанолистов гладкие, а большие различия с соседними зазорами приближаются к кристаллографической толщине слоев кальциевых яйцевидных слоев в их исходном соединении. Такие монослои обеспечивают последующий плавный рост пленки. Монослой нанолистов полностью ориентирован во внеплоскостном направлении, но как случайный, в простой ориентации, из-за случайного в простом порядке нанолистов, пленки, выращенные сверху, также текстурируются.
В этом видео вы увидите два подхода к подготовке анатомически определенных шаблонов для архитектурного выращивания сложных оксидных, тонких пленок. Для обеих процедур важно работать чисто и точно. Небольшие загрязнения могут испортить весь эксперимент.
Обзор
В данном исследовании описываются процедуры подготовки атомно-определенных шаблонов для эпитаксиального роста тонких пленок сложных оксидов. Для получения атомно-гладких поверхностей, облегчающих осаждение нанолистов, применяется химическая обработка монокристаллических подложек.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Материаловедение
- Нанотехнологии
- Рост тонких пленок
Теоретическая часть
- Эпитаксиальный рост имеет решающее значение для создания высококачественных тонких пленок.
- Однокристаллические подложки служат шаблоном для роста пленок.
- Атомарно гладкие поверхности необходимы для обеспечения оптимального качества пленок.
- Нанолисты могут служить зародышевыми слоями для последующего осаждения пленок.
Цель исследования
- Разработать методы создания атомно-определенных шаблонов.
- Изучить возможность использования нанолистов в качестве замены дорогостоящих подложек.
- Оценить качество пленок, выращенных на обработанных подложках.
Используемые методы
- Химическая обработка подложек SrTiO3 и DyScO3.
- Методы ультразвуковой очистки и подготовки поверхности.
- Послойное осаждение нанолистов.
- Характеристика с помощью атомно-силовой микроскопии и дифракции обратнорассеянных электронов.
Основные результаты
- Успешное создание атомарно гладких поверхностей с единым типом терминации.
- Продемонстрированный рост высококачественных эпитаксиальных пленок на полученных шаблонах.
- Сравнение шероховатости поверхности при различных типах терминации.
- Валидация методов с помощью методов микроскопии.
Выводы
- Атомно определенные шаблоны повышают качество тонких пленок.
- Нанолисты представляют собой жизнеспособную альтернативу традиционным подложкам.
- Завершение поверхности играет критическую роль в качестве роста пленки.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Атомарно определенные шаблоны обеспечивают точный контроль роста тонких пленок, что является критически важной возможностью для поиска материалов в областях, актуальных для биофармацевтики, таких как биосенсоры и имплантируемые устройства. Возможность замены дорогостоящих монокристаллических подложек на зародышевые слои на основе нанолистов расширяет совместимость материалов и снижает стоимостные барьеры при прототипировании на ранних стадиях. Этот подход повышает предсказуемость качества межфазных границ, что необходимо для перевода материалов лабораторного масштаба в масштабируемые и воспроизводимые платформы.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать биологические взаимодействия, зависящие от поверхности, за счет создания четко определенных, атомарно гладких интерфейсов.
- Практическая ценность: обеспечивает воспроизводимую подготовку модельных систем для изучения адсорбции белков или взаимодействий между клетками и материалом.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: способствует разработке стандартизированных тонкопленочных покрытий для биосенсорных платформ с настраиваемым химическим составом поверхности.
- Практическая ценность: позволяет использовать недорогие произвольные подложки с помощью затравочных слоев из нанолистов, что повышает масштабируемость изготовления анализаторов.
- Стратегическая ценность: снижает зависимость от ограниченных запасов монокристаллов, что позволяет проводить более широкие кампании по скринингу материалов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Обеспечивает непрерывность процесса от открытия до доклинической валидации за счет достижения стабильной морфологии пленки и целостности интерфейса.
- Практическая ценность: Позволяет надежно наносить функциональные оксидные слои для покрытий имплантируемых устройств с контролируемой кристалличностью.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный метод соответствует начальному этапу исследований, позволяя проверять гипотезы о биологических ответах, опосредованных поверхностью, и обеспечивая масштабируемую разработку анализов за счет роста пленок, не зависящего от подложки.
- Биология открытий: обеспечивает создание поверхностей с атомным определением структуры для изоляции переменных в исследованиях взаимодействия клеток с материалами или белков с поверхностями.
- Скрининг: осаждение нанолистов позволяет наращивать пленки на различных подложках, что увеличивает пропускную способность и снижает вариативность подготовки.
- Аналитика: атомно-силовая микроскопия и дифракция электронов на обратнорассеянных электронах предоставляют количественные топографические и кристаллографические данные для объективного сравнения материалов.
- Трансляционные исследования: обеспечивают преемственность доклинических этапов за счет воспроизводимого нанесения покрытий на материалы, имеющие значение для устройств, с предсказуемыми структурными результатами.
- Корпоративное повторное использование: подход с использованием зародышевого слоя из нанолистов представляет собой платформенную возможность, адаптируемую для множества систем материалов и проектов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Прогнозируемая уверенность в качестве пленки за счет контролируемого завершения поверхности и наноразмерной гладкости.
- Практическая ценность: Стандартизированная, воспроизводимая подготовка поверхности снижает вариативность от партии к партии при изготовлении тонких пленок.
- Стратегическая ценность: Снижение затрат на материалы и повышение доступности высококачественных эпитаксиальных пленок для научно-исследовательских групп.
- Влияние на портфель разработок: Обеспечение надежных свойств интерфейса позволяет осуществлять с учетом рисков развитие концепций биосенсоров и имплантируемых устройств.
Особенности внедрения
- Опыт работы в области химии поверхности, осаждения тонких пленок, а также методов обработки в вакууме или при атмосферном давлении.
- Доступ к ультразвуковым ваннам, химическим травителям (например, буферизованному HF, NaOH), системам сушки азотом и ваннам Ленгмюра-Блоджетта.
- Стандартизация протоколов очистки, отжига и осаждения в различных лабораториях для обеспечения воспроизводимости результатов.
- Учет особенностей адаптации для различных материалов подложек и типов нанолистов исходя из поверхностной энергии и совместимости.
- Практические ограничения включают чувствительность к загрязнению частицами и влажности окружающей среды во время осаждения по методу Ленгмюра-Блоджетта.
