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Chemistry

자석의 유기 화학 기상 증착, 바나듐 테트라시

Published: July 3, 2015 doi: 10.3791/52891
Automatic Translation
1, 2, 1, 1,2, 1
1Department of Physics, The Ohio State University, 2Department of Chemistry, The Ohio State University

Summary

우리는 유기계 페리 자성체 바나듐 테트라시의 합성을 제시 (V [TCNE] X, X 1 ~ 2), 저온 화학 기상 증착 (CVD)을 통한. 이 최적화 된 조리법은 K 600 400 K에서 퀴리 온도의 증가와 자기 공명 특성의 극적인 향상을 얻을 수 있습니다.

Abstract

유기 재료의 분야에서 최근의 진보는 이러한 유기 발광 다이오드 저가 및 기계적 유연성 포함한 전통적인 재료에는없는 이점이있다 (유기 발광 다이오드)와 같은 장치를 수득 하였다. 유사한 맥락에서, 고주파 전자, 스핀 전자 기반으로 유기물의 사용을 확장하는 것이 유리하다. 이 작업은 실온 유기 페리 자성체의 박막의 성장을위한 합성 과정을 제시 바나듐 테트라시 (V [TCNE] X, X 1 ~ 2), 저온 화학 기상 증착 (CVD)에 의해. 박막 <60 ° C에서 성장되고, 포함한 다양한 종류의 기판을 수용 할 수 있지만, 실리콘, 유리, 테플론 기판과 플렉시블 기판에 한정되지 않음. 등각 증착뿐만 아니라 무늬가 미리 입체적인 구조에 유리하다. 또한이 기술은 30 nm 내지 수 마이크론 범위의 두께를 가진 필름을 수득 할 수있다. 최근 진행막 성장의 최적화에 그와 같은 높은 퀴리 온도 (600 K), 개선 된 자기 동질성, 좁은 강자성 공명 라인 폭 스핀 트로닉스와 전자 레인지 전자의 다양한 애플리케이션 (1.5 G) 쇼 약속 등의 자질, 영화를 만듭니다.

Introduction

유기계 페리 자성 반도체 바나듐 테트라시 (V [TCNE] X, X ~ 2)을 나타낸다 실온 자기 정렬과 같은 유연성, 저비용 생산 및 화학 가변성 등 magnetoelectronic 애플리케이션에 유기 재료의 장점을 약속한다. 이전의 연구 하이브리드 1,2 무기 / 유기 및 모든 유기 스핀 밸브 (3)를 포함하는 스핀 트로닉스 장치의 기능을 시연하고있다 활성 유기 / 무기 반도체 헤테로 4 스핀 편광판 등. 또한, V [TCNE] × ~ 2 인해 매우 좁은 강자성 공명 선폭 5 고주파 전자 제품에 포함 약속을 보여 주었다.

V [TCNE] × 2 ~ 6-9 합성 설립 된 네 가지 방법이 있습니다. V [TCNE] × 2 ~ 먼저 powde으로 합성 하였다TCNE 및 V의 반응을 통해 디클로로 메탄 R (C 6 H 6) 6. 이러한 분말은 유기 계 재료에서 관찰 제 실온 자기 정렬을 나타냈다. 그러나,이 재료의 분말 형태는 박막 소자에서 그 적용을 제한하는 매우 공기에 민감하다. 2000 년에, 화학 기상 증착 (CVD) 방법은 V [TCNE] × 2 ~ 7의 박막 생성을위한 설립되었다. 보다 최근에 물리적 기상 증착 (PVD) (8)과는 분자 층 증착 (MLD) 9는 박막을 제조하는데 사용되어왔다. PVD 방법은 초고 진공 (UHV) 시스템 모두 PVD ​​필요하며 CVD 막이 용이 30 nm 내지 수 마이크론 범위의 두께로 증착 될 수있는 반면 MLD 방법은, 필름을 두껍게 100nm보다 성장이 매우 긴 시간을 필요로한다. CVD 법으로 가능한 두께의 다양한 외에도 광범위한 연구가 지속적으로 높은 Q를 보여주는 필름을 최적화 한 관해서도좁은 강자성 공명 (FMR) 선폭 (1.5 G), 높은 퀴리 온도 (600 K), 자기 날카로운 5 전환 : 포함를 uality 자기 적 성질.

V [TCNE] × ~ 2 박막의 자기 순서가 틀에 얽매이지 않는 경로를 통해 진행된다. SQUID magnetometry 측정 강한 지역 자기 순서를 표시하지만, X 선 회절 피크의 부재 특색과 투과 전자 현미경 (TEM) (10)의 형태는 장거리 질서 구조의 부족을 드러낸다. 그러나, 확장 된 X 선 흡수 미세 구조 (EXAFS)은 각각 바나듐 이온 팔면체 2.084 (5)의 바나듐 - 질소 결합 길이 강력한 로컬 구조 순서를 나타내는, 여섯 가지 TCNE 분자와 배위도 11 연구. 전체 TCNE 분산되어 라디칼 음이온, - 자기는 TCNE의 짝 스핀 사이의 반 강자성 교환 결합에서 발생 -분자와 T C와 로컬 페리 자성 순서로 이어지는 V 2+ 이온에 스핀, ~에 최적화 영화 5 600 (K). 실온 자기 순서를 나타내는 외에, V는 [TCNE] X ~ 2 필름은 0.5 eV의 밴드 갭 (12)과 반도체된다. 노트의 또 다른 특성은 ~ 150 K 13, 14, 변칙 긍정적 인 자기 12,15,16, 및 사진에 의한 자기 13,17,18의 동결 온도 이하 수 sperimagnetism을 포함한다.

V [TCNE] X ~ 2 박막을 합성하기위한 CVD 법에 의한 낮은 온도 (<60 ° C)와 등각 증착 각종 기판과 호환된다. 이전의 연구는 모두 단단하고 유연한 기판 (7)에 V [TCNE] × ~ 2 성공적으로 증착을 보여 주었다. 또한,이 증착 기술은 GR 전구체의 변형을 통해 조정라는 것으로owth 파라미터. 19-22 여기 도시 프로토콜은 현재까지 가장 최적화 된 필름을 얻을 수는 있지만, 상당한 진전이 방법의 발견 이후 막 특성들을 개선하여 이루어진 것으로, 더욱 이익이 가능할 수있다.

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Protocol

1. 합성 및 전구체의 제조

  1. [잇 4 N의 제조 [V (CO) 6] 23
    1. 질소 글러브 박스에서, ~에 40 개 금속 나트륨 1.88 g을 잘라 라운드 1 L 3 구 바닥 플라스크에 무수 테트라 히드로 푸란 (THF) 320 ㎖에 안트라센 14.84 g과 혼합한다.
      주의 : 나트륨 금속 및 테트라 하이드로 퓨란 모두 가연성입니다.
    2. H (10)이 형성되고, NAC (14)의 깊은 청색까지 용액을 질소 대기 하에서 RT에서 4.5 시간 동안 용액을 교반 하였다.
    3. 0 ° C에 대한 해결책을 쿨.
    4. 질소 글러브 박스에서, 500 ㎖ 중의 식 VC1 3 (THF) (3) 7.48 g에 무수 THF 400 ㎖에 첨가하여 둥근 바닥 플라스크 VCL 3 (THF) (3)의 핑크 - 적색 용액을 제조하고, 1 시간 동안 RT에서 교반 하였다.
    5. 20 분 동안 0 ℃에 핑크 레드 글러브 박스에서 솔루션 식 VC1 3 (THF) 3과 시원한를 제거합니다. 이전 SOLU로 이동질소 대기 하에서 캐뉼라를 통해 NAC H 14 (10)의 기. 첨가가 완료된 후 딥 퍼플 균질 용액이 즉시 형성된다.
    6. 질소에서 제거하고 15 시간 동안 교반. 얼음이 / N을 O 용융 할 수 있도록 얼음 양동이에 플라스크를 배치하여 실온으로 천천히 따뜻한.
    7. 0 ° C의 솔루션을 다시 냉각 및 일산화탄소와 반응 플라스크를 입력합니다. 이 솔루션은 몇 분 만에 황갈색으로 딥 퍼플에서 변경됩니다.
      주의 : 일산화탄소는 매우 독성이다. 이 단계는 단독으로 실행되어서는 안된다 및 일산화탄소 경보 실험실에 설치되어야한다.
    8. RT로 15 시간 동안 0 ℃에서 일산화탄소 대기하에 용액을 서서히 가온 한 다음 교반한다.
    9. 진공에서 THF의 모든하지만 200 mL로 제거합니다. 용액을 교반하면서 O 2 무료 물 500㎖를 추가합니다. V (CO) 6은 쉽게 산화되고, O (2)의 존재는 낮은 수율을 초래한다.
    10. 결과 필터테트라 에틸 암모늄 브로마이드 20.8 g으로 이루어지는 용액에 황색 슬러리 (ET 4 NBR) H 2 O. 200㎖에
    11. 이 무색이 될 때까지 O 2 무료 물 필터 케이크를 씻으십시오.
    12. 진공 결과 [잇 4 N] [V (CO) 6]에 의해 진공 여과의 슬러리 건조를 필터링합니다.
    13. 스토어 [잇 4 N] [V (CO) 6] 나중에 사용할 수 있도록 글러브 박스 냉동고에.
  2. V의 제조 (CO) 6 23
    1. 마개, 유리 튜브를 연결하는 양방향, 차가운 손가락으로 진공 어댑터의 연결 지점에 그리스를 발라. 센터의 목에 감기 손가락과 세 번째 구멍에 콕와 진공 어댑터를 놓습니다.
    2. 아르곤 글로브 박스 내에서, 100 mg의 혼합 [잇 4 N] V (CO) 6] 자성 교반 막대를 함유하는 둥근 바닥 플라스크에서 인산과 1g.
    3. 유리 양방향 접속을 통해 터브 3 구 둥근 바닥 플라스크에 둥근 바닥 플라스크를 연결아르곤 글로브 박스에서 전자.
    4. 글러브 박스에서 밀봉 된 플라스크 시스템을 제거하고 화학 후드에 설치.
    5. 차가운 손가락에 메탄올을 추가하고 메탄올이 동결 될 때까지 주걱 - 동안 액체 질소를 추가로 저어. 압력이 5 × 10-2 토르에 도달 할 때까지 진공 라인에 콕을 개방함으로써 시스템 다운 펌프.
    6. 45 ° C에 오일 목욕 세트의 둥근 바닥 플라스크 잠수함 자기 교반을 켭니다. 반응이 시작되면, 인산이 용융되고 블루 블랙 분말을 냉간 핑거에 집광한다.
    7. 압력이 너무 높기 때문에 흑색 분말을 둥근 바닥 플라스크 대신 냉간 핑거에 응결되면 진공 라인을 열기. 다시 닫기 전에 다시 5 × 10-2 토르로 시스템을 펌프.
    8. 반응물을 모두 혼합 필요에 반응 플라스크를 회전합니다.
    9. 둥근 바닥 플라스크에 남아있는 잔류 물 흰색 - 회색 더 이상 버블 링 될 때까지 반응을 계속하도록 허용합니다.
    10. 감기 안전한 용기에 구리 알약을 붓고 액체 질소로 냉각.
    11. 마이크로 피펫과 차가운 손가락에서 메탄올을 제거합니다. 글러브 박스로 전송하는 동안 감기를 유지하기 위해 차가운​​ 손가락에 냉장 구리 알약을 따르십시오.
    12. 아르곤 글로브 박스에 전송하기 전에 플라스크 시스템 오프 오일과 농축 물을 닦아냅니다.
    13. 글러브 박스 내부, 플라스크 시스템에서 차가운 손가락을 제거하고 종이 무게의 조각에 검은 색 V (CO) 6 분말을 긁어 주걱을 사용합니다.
    14. 저장 아르곤 분위기 하에서 병 V (CO) 6 RT 아래 유지.
  3. 승화에 의해 TCNE의 정제
    1. 화학 냉장고에 시판되는 테트라시 (TCNE)와 상점에서 구입하실 수 있습니다.
    2. 활성탄 0.5 g을 ~로 TCNE의 ~ 5g을 혼합 및 박격포와 유 봉 갈기.
    3. 유리 배에 TCNE / 탄소 혼합물을 놓거나 섬세한 작업 잎사귀에 싸서의 하단에 넣어진공 라인 플라스크.
    4. 플라스크의 상단에 차가운 손가락을 놓고 클램프와 함께 두 부분을 밀봉.
    5. 차가운 손가락에 메탄올을 추가하고 메탄올이 동결 될 때까지 주걱 - 동안 액체 질소를 추가로 저어. 70 ° C로 가열 한 오일 조에 TCNE 함유 플라스크의 바닥에 놓는다.
    6. 10-4 Torr의 압력에 도달 한 후 진공 라인을 닫고 진공 라인을 열기.
    7. 때때로 압력을 유지하기위한 진공 라인을 연다. 승화을 시작으로 TCNE는 차가운 손가락에 응축. 더 이상 TCNE 추위 손가락에 축적되지 일단 승화가 완료됩니다.
    8. 마이크로 피펫과 차가운 손가락에서 메탄올을 제거합니다.
    9. 아르곤 글로브 박스에 전송하기 전에 플라스크 시스템 오프 오일과 농축 물을 닦아냅니다.
    10. 글러브 박스 내부, 플라스크 시스템에서 차가운 손가락을 제거하고 종이 무게의 조각에 TCNE 분말을 긁어 주걱을 사용합니다.
    11. 스토불활성 대기 하에서 RT 아래 냉장고 정제 TCNE 재.

2. 아르곤 글로브 박스 내부에 증착 시스템을 설정합니다

  1. 도 1a에 도시 된 바와 같이, 아르곤 글로브 박스 내부에 반응기를 조립한다.
    1. 진공 펌프에 연결을 설정합니다.
    2. 유량계 및 밸브를 마이크로 미터에 연결된 두 선 사이 3 방향 스톱 콕을 연결하여 가스 유동 연결을 설정.
    3. 반응기 (부품, 그림 1B) 주위에 유리 히터 코일을 밀어 넣습니다.
    4. 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 스레드 인감 테이프와 유리 슬라이드를 감 쌉니다.
    5. 반응기, 부분 (A)의 오른쪽 측면에서 유리 슬라이드를 약 10cm 푸시
    6. 파트 B에 O 링을 배치하고, 반응기의 오른쪽으로 밀어. 클램프와 함께 두 조각에 가입하세요.
    7. 부분의 바닥 연결에 진공 라인을 연결하고 상단 연결에 게이지를 부착합니다.
    8. 배 채우기를 배치TCNE 반응기의 가장 뜨거운 부분에 앉아 있도록 끝 부분에서 파트 C에 정제 TCNE와 ED.
    9. 일부 C의 연결에 그리스를 발라 반응기의 왼쪽에 밀어 넣습니다.
    10. 파트 B의 오른쪽 끝으로 V (CO) 6 슬라이드 가득 T-배의 양쪽에 그리스를 발라
    11. 각각의 마이크로 미터 밸브를 연결합니다. 하나는 T-보트의 우측 부분과 C의 왼쪽에 접속 장소에 모두 고정되어야한다.
    12. 반응 구역이있는 위치를 결정하기 위해 테스트 증착을 실행.
  2. 예금 V [TCNE] × ~ 2 기판 상에
    1. 75 ° C 부근의 반응기 바닥 TCNE 배의 면적을 측정 할 때 반응 구역은 46 ° C 부근의 값으로 설정되도록 반응 가열 코일의 온도를 설정한다. 10 ° C로 실리콘 오일 욕의 온도를 설정한다. 온도는 적어도 30 분 동안 안정화되도록.
    2. 유리 히터 COI를 밀어반응기 (부품, 그림 1A) 주위 리터.
    3. 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 스레드 인감 테이프와 유리 슬라이드를 감 쌉니다. 2 인치 공간에 해당 슬라이드의 상단에 샘플을 정렬합니다.
    4. 샘플이 반응 구역에 위치하도록 반응기에 유리 슬라이드를 누른다. 반응 구역은 유리 슬라이드없이 이동 될 수 있지만, 대안 적으로 샘플은 반응기의 바닥에 직접 배치 될 수있다.
    5. 파트 B에 O 링을 배치하고, 반응기의 오른쪽으로 밀어. 클램프와 함께 두 조각에 가입하세요.
    6. 부분의 바닥 연결에 진공 라인을 연결하고 상단 연결에 게이지를 부착합니다.
    7. (이 수량은 75 ~ 90 분 증착에 적합한) T-배에 TCNE 보트에 TCNE 50 mg의 및 V (CO) 5 mg을 6 넣습니다.
    8. TCNE는 약 75 ° C해야 반응기의 뜨거운 부분에 앉아 있도록 끝 부분에서 파트 C에 TCNE 보트를 밀어 넣습니다.
      9. > 부분 (C)의 연결에 그리스를 발라 반응기의 왼쪽에 밀어 넣습니다.
    9. 파트 B의 오른쪽 끝으로 T-보트와 슬라이드의 양쪽에 그리스를 발라
    10. T-보트 및 부품 C의 왼쪽면의 오른쪽에 흐름 라인을 밀어 제자리에 고정. 조립 된 설정은 그림 1A 유사합니다.
    11. T-보트의 전체 바닥을 충당하기 위해 오일 목욕을 올립니다.
    12. 30-35 mmHg의 압력에 도달하는 진공 라인을 열기.
    13. V (CO) 6 및 TCNE 84 SCCM 56 SCCM에 유량을 설정합니다. 반응은 재료가 녹색 반응 구역의 벽에 응축 즉시 시작해야한다.
    14. 반응이 원하는 시간 동안 진행하도록 허용합니다. 도 2에 도시 된 바와 같이 박막의 두께는, 반응 용기 내의 반응 시간과 위치에 근거한다.
    15. 반응, 가까운 진공 라인을 중지하고 히터와 오일 목욕을 해제하십시오.
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  1. 임의의 순서로 시스템을 분해.
  2. 적어도 1-2 시간 동안베이스 욕 용액 가열기 코일 제외한 모든 유리 제품을 담근다.
  3. 오븐에서 물과 건조와 유리를 씻어.

그림 1
도 1. (A) 완전 조립 지정 화학 기상 증착 (CVD) 시스템. (B) CVD 장치의 구성 요소의 확대보기를. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
도 2 (A)의 위치를 나타내는 반응기에서 기판의 평면도. (B) 대략필름의 두께는 75 분의 증착 반응기 튜브, 그림 1B에서 일부 내부 위치의 함수로. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Representative Results

증착이 성공한 경우 결정하기위한 제 쉬운 방법은 필름의 육안 검사를 수행하는 것이다. 이 영화는 기판에 걸쳐 균일 미러 마무리 어두운 보라색 나타납니다. 아무 V [TCNE] × 2 ~ 없다거나 밝은 색이고, 기판의 표면에 얼룩이있을 경우, 이는 기판 표면상의 용매 또는 기타 불순물의 존재 가능성이 높다. 또한이 영화는 불투명합니다. 박막은 단 몇 분의 짧은 시간 범위에 증착되지 않는 한, 투명 필름은 종종 증착 동안 전구체의 유동 속도에 문제가있을 수 있다는 것을 의미.

그것은 서브 - 최적의 성장 조건에 더하여, 대기 노출 그 자질 불리한 것으로 보인다 필름 초래할 수 필름을 저하시킬 수 있음을 주목하는 것이 중요하다; 운반 및 measurin 경우 따라서는 산소에 노출을 방지하기 위해 필수적이다G 분석을위한 샘플. 글러브 박스 외부 샘플의 운송 에폭시 (24) 또는 파릴 렌 (25) 또는 측정 도구 4에 맞게 맞춤 설계 캔 샘플을 둘러싸는 같은 재료와 필름의 캡슐화를 필요로한다. 로컬 구조 및 막 조성은 X 선 광전자 분광법 (XPS) 및 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR)를 변환에 의해 특성화 될 수있다.

자기 특성은 SQUID 자속 계를 이용하여 측정 할 수있다. 최적화 된 필름은 RT 위에서 붕괴를 필름 500-600 K. 인해 주위 외삽 퀴리 온도 (T C)을 수득 하였다, T C의 값은 예컨대도 3a에 도시 된 것과 같이 온도 측정 대 자화로부터 추출된다. 이 측정은 100 오에의 적용 분야와 양자 디자인 SQUID 자력계 행한다. 제로 필드의 큰 분할의 존재는 (ZFC)에서 냉각시키고, 저 전계 냉각 (FC)의 자화 값온도는 지역 스핀 환경의 분리의 증거이며, 낮은 품질의 영화에서 더 큰 존재이다. 필름의 T가 C 블로흐 법 피크 위에 자화 값을 피팅하여 추출 할 수있다

M S (T) = M S (0) (1 - BT 3/2)

여기서, M은 S 포화 자화이고 B는 피팅 매개 변수이다. 도 3a에 도시 된 데이터에 대한 착용감이 600 K.의 T의 C를 수득

온도에 대한 자기 응답을 특징에 더하여, 응용 분야의 함수로서 자화는 또한도 3b에 도시 된 바와 같은 히스테리시스의 결과를 측정 할 수있다. 자화 스위칭 날카로운 최적화 된 필름의 경우, (100)에 의해 포화를 달성 오. 보자력 300 (K)에서 약 20 오해야

Ferromagnetic 공명 (FMR) 연구는 성공적으로 막 성장을 식별하기위한 핵심 기술이다. FMR 측정에서 하나의 좁은 피크의 존재는 이상적 성장 강력한 증거이다. 최고의 영화 반값 폭 (FWHM) 다중 공진 일부의 기능이나 회전의 모든 각도를 도시 스펙트럼 초래할 것이다 공진 차선 성장 1-2 G. 측정의 순서에 선폭.도 4 도표 9.85 기가 헤르쯔의인가 마이크로파 주파수를 300 K에서의 평면 (0 °)에면 (90)으로부터 회전 도포 마이크로파 및 DC 필드의 다양한 각도로 이상적인 막의 FMR 스펙트럼. 샘플 인해 캐비티 조건 강도의 크기의 변화를 설명하기 위해 정규화된다.

필름의 전기적 특성 측정을 통해 전송 특성화 될 수있다. 단순한 측정 기하학 부피의 함수로서 전류를 측정하기위한 두 가지 프로브 측정이며다양한 온도에 대한 다케는. 그림 5A 알의 30 nm의 열 증발에 의해 생성 된 금 위로 연락처의 40 nm의 유리에 증착 필름을 보여줍니다. 전기 접촉은 양자 디자인 물리적 특성 측정 시스템 (PPMS)에 대한 사용자 지정 기밀 퍽에 인듐 언론을 통해 이루어집니다. 전류 - 전압 (IV) 측정은 키 슬리 2400 소스 미터를 사용하여 수행된다. 이러한 측정은도 5b에 도시 한 바와 같이 온도가 감소함에 따라 저항이 증가 모든 온도에서 오믹 IV 특성을 알 수있다. 저항 온도 의존 데이터는 아 레니 우스 식에 적합 할 수있다

R = R 0 전자 -E의 / K B 형 T,

활성화 에너지, 전자 ~ 0.50 eV의 압축을 풉니 다. 이 값은이 반도체 성 물질 (12)에 대한 전자 구조의 밴드 갭 에너지를 나타낸다.


그림 3. () 필드 (오픈 원)을 냉각 제로 필드 100 오의인가 자기장과 온도 대 (채워진 원) 자화를 냉각. 검은 색 선은 600 (K) (B) (300) K.에서 측정 필드 대 자화 T C 추출하는 데 사용 적합 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.

그림 4
에 평면 (90 °)에서 각도의 함수로 그림 4. 실내 온도 FMR 스펙트럼의 평면 (0 °). 더 큰 적이있는을 보려면 여기를 클릭하십시오이 그림의 이온.

그림 5
교통 샘플에 대한 샘플 구조 그림 5. (A) 도식. (B) 저항 값은 K. 150 (K) 300에서 온도의 삽입에 표시된 전류 - 전압 측정에서 추출 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

V [TCNE] X ~ 2 증착을위한 주요 파라미터는 온도, 캐리어 가스 유량, 압력 및 전구체의 비율을 포함한다. 화학 증착 셋업 시판 아니기 때문에 이들 파라미터는 각각의 시스템에 대해 최적화 될 필요가있을 것이다. 시마 등의 알에 의해 이전의 연구. 온도가 TCNE 전구체 (26)의 승화 속도에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 온도가 온도 조절 장치와 같은 각 시스템에 교정 될 필요가 가열 코일에서와 같은 와이어의 간격을 조정하여 설정 값 모두에 의해 변형 될 수있다. 온도 보정 완전히 증착 시스템을 조립하기 전에 반응 용기 내의 측정함으로써 수행된다. 또한 75 ° C 부근의 온도에서 반응기의 뜨거운 시간대 TCNE 보트를 배치하는 것이 중요하다.

다음으로 가장 중요한 매개 변수는 캐리어 가스의 흐름이다. 캐리어 가스 유량TCNE가 V (CO)보다 높아야한다 6. 권장 유속 V (CO) 6 및 TCNE 용 SCCM 84 56 SCCM이고, 그것이 안정되도록 증착 동안 이들 유량을 모니터링하는 것이 중요하다 (대략 10 분의 샘플링 주파수 것은 일반적 충분).

압력이 35 mmHg로 초과하면 반응이 발생하지 않을 것. 압력이 높고, 반응이 시작되지 않았다면 가능성 시스템의 누설이 없다 (단, V [TCNE] × 2 ~ 나타나있다). 큰 누설은 시스템에서 모든 펌프 다운 없다는 것을 의미하지만, 작은 누설이있는 경우 상기 시스템은 40-50 mmHg로 도달 할 수있다. 누출을 확인하는 첫 번째 장소는 유리의 모든 연결에있다. 가장 일반적으로, 유동 라인에 진공 그리스가 더러워하고 깨끗이 닦아 교체해야 할 수 있습니다. 누설 외에도 압력 문제가 부정한 유리 또는 챔버 내부 가스를 방출 오염물의 존재에 기인 할 수있다. 이를 위해이유는 신중하게 반응 챔버 내에 배치 자료를 고려하는 것이 중요합니다.

반응 매개 변수를 최적화 할뿐만 아니라, 기판의 표면 처리는 양호한 막 성장에 중요하다. V는 [TCNE] × 2 ~ 다양한 기판 상에 증착 될 수 있지만, 표면은 깨끗하고 잔류 용매 없어야한다. 핀셋 심지어 기판 접촉 표면들을 오염시킬 수있다. 또한, 처리 된 샘플을 추가 세척 단계가 필요할 수 있습니다. 예를 들어, V는 [TCNE] × ~ 2 위에 포토 레지스트, 포토 레지스트 용매의 흔적을 제거 할 충분한 시간 동안 소성되어 있어야합니다 입금합니다. 또한, 이러한 처리를 위해 반도체 등급의 화학 물질을 필요로 할 수있는 자기 조립 단분자막으로 화학 처리 된 표면에 V [TCNE] × ~ 2 증착합니다.

V의 CVD 성장 영화 [TCNE] × ~ 2 incorp에 이상적입니다소자 구조에서 연설; 그러나 그들이 용매, 물, 공기, 및 고온에 민감하기 때문 V [TCNE] X ~ 2 막에 한정 할 수있는 처리가있다. V는 [TCNE] × 2 ~ 필름은 열, 전자 빔에 대한 마스크, 또는 다른 유기물이나 금속 증착 스퍼터 그림자 될 수있다. 다양한 캡슐화 기술은 V [TCNE] × ~ 2 측정 도구로 샘플을 전송하는 데 사용하지만,이 물질 작업을위한 도전 할 수있다. 그러나,이 어려움은 또한 유기 발광 다이오드 (OLED)와 같은 기타 유기 소자, 공통이므로 기법 작품의 중요한 본문 캡슐화 27-29 위해 존재한다.

V [TCNE] 다양한 애플리케이션을위한 X ~ 2, 화학 증착이 방법은 화학 가변성 및 V 등의 유기 박막의 다른 유형의 탐색에 적합하다 [MeTCEC]의 박막을 성장하는 능력을 넘어서30.이 기법은 마이크로파 어플리케이션 이후 스핀 트로닉스 디바이스로부터 애플리케이션을위한 수 ㎛에 수십 나노 미터 범위의 두께로 박막 유기 자석을 작성하는 기능을 제공한다.

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Disclosures

저자가 공개하는 게 없다.

Acknowledgments

이 작품은 NSF 그랜트 번호 DMR-1207243, NSF MRSEC 프로그램에 의해 지원되었다 (DMR-0820414), DOE 부여 번호 DE-FG02-03ER46054, 및 재료 연구를위한 OSU-연구소. 저자는 나노 시스템 오하이오 주립 대학의 연구소 및 CY 카오와 CY 첸에서 기술 지원을 인정합니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Nitrogen Glovebox Vacuum Atmospheres Omni steps done in nitrogen glovebox can also be done in an argon glovebox
1 L three-neck round bottom flask Corning 4965A-1L
500 ml round bottom flask Sigma Aldrich 64678
Turbo vacuum pumping station Agilent Varian G8701A-011-037
Glass Stopcock Kontes 185000-2440
Glass two way connecting tube Corning 8940-24 Corning Pyrex(R) 105 degree Angled Tube Adapter with Two-Way 24/40 Standard Taper Joint
Coldfinger Custom part made by OSU chemistry glass shop
Argon Glovebox Vacuum Atmospheres Nexus I
Hot plate stirrer Corning 6795
Thermoeletric cooler Advanced Thermoelectric TCP-50
Temperature controller Advanced Thermoelectric TLZ10 for TE cooler
Power supply Advanced Thermoelectric PS-145W-12V  for TE cooler and temperature controller
Temperature controller J-Kem  Scientific Model 150 For heating coil
Heating wire Pelican Wire Company Nichrome 60
Custom glassware pieces Made by OSU Chemistry glass shop
Vacuum pump BOC Edwards XDS-5 Connected to the CVD set-up
Flow meter Gilmont GF-2260
Micrometer valve Gilmont 7300 Controls flow of argon over TCNE
Micrometer valve Gilmont 7100 Controls flow of argon over  V(CO)6
Tubing Tygon R3603 1/8 in walls, connected between valves and meter
3-way Stopcock Nalgene 6470 used to adjust the flow rates
Pressure gauge Matheson 63-4105 connects to the top of Figure 1 part A
SQUID magnetometer Quantum Design MPMS-XL
EPR Bruker Elexsys
PPMS Quantum Design 14T PPMS
Sourcemeter Keithely  2400
Materials
Sodium metal Sigma Aldrich 262714
Anthracene Sigma Aldrich 141062
Anhydrous tetrahydrofuran Sigma Aldrich 186562
Vanadium(III) chloride tetrahydrofuran complex Sigma Aldrich 395382
Carbon monoxide gas OSU stores 98610
Tetraethylammonium bromide Sigma Aldrich 241059
Phosphoric acid Sigma Aldrich 79622
Methanol Sigma Aldrich 14262
Silcone oil Sigma Aldrich 146153
Copper pellets Cut from spare copper wire
Tetracyanoethylene Sigma Aldrich T8809
Glass slides Gold Seal 3010
Activated Charcoal Sigma Aldrich 242276

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References

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화학 101 호 유기계 자석 박막 실온 스핀 트로닉스 자기장 화학 증착
자석의 유기 화학 기상 증착, 바나듐 테트라시
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Harberts, M., Lu, Y., Yu, H.,… More

Harberts, M., Lu, Y., Yu, H., Epstein, A. J., Johnston-Halperin, E. Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene. J. Vis. Exp. (101), e52891, doi:10.3791/52891 (2015).

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