Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

有機マグネットの化学気相堆積、バナジウムテトラ

doi: 10.3791/52891 Published: July 3, 2015

Summary

我々は、低温化学蒸着(CVD)を介して有機系フェリ磁性体バナジウムテトラ(V [TCNE] X、X〜2)の合成を示します。この最適化されたレシピは、400 Kから600を超えるKのキュリー温度の上昇および磁気共鳴特性の劇的な改善をもたらします。

Abstract

有機材料の分野における最近の進歩は、低コストおよび機械的柔軟性を含む、従来の材料には見られない利点を有する有機発光ダイオード(OLED)などのデバイスをもたらしました。同様の趣旨では、高周波電子スピンベースの電子機器への有機物の使用を拡大することが有利であろう。この作業は、室温有機フェリ磁性体、低温化学蒸着(CVD)によるバナジウムテトラ(V [TCNE] X、X〜2)の薄膜の成長のための合成方法を提供します。薄膜は、<60℃で成長させ、そして、これらに限定されないが、シリコン、ガラス、テフロン(登録商標)とフレキシブル基板を含む多種多様な基材を収容することができます。コンフォーマル堆積は、同様に、パターン化されたプレ三次元構造を助長しています。さらに、この技術は、30ナノメートルから数ミクロンの範囲の厚さを有するフィルムを得ることができます。最近の進展膜成長の最適化において、そのような高いキュリー温度(600 K)、改善された磁気均質性、および狭い強磁性共鳴線幅スピントロニクス、電子レンジエレクトロニクスの種々の用途のため(1.5 G)有望としての資質、フィルムを作成します。

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

有機系フェリ磁性半導体バナジウムテトラ(V [TCNE] X、X〜2)室温磁気秩序を示し、このような柔軟性、低コスト生産、および化学的同調性などの磁気エレクトロニクス用途に有機材料の利点を約束します。以前の研究では、3 1,2 /無機ハイブリッド有機および全有機スピンバルブを含む、スピントロニクスデバイスで機能性を実証し、アクティブ有機/無機半導体ヘテロ4におけるスピン偏光子としています。また、V [TCNE]×〜2は、その非常に狭い強磁性共鳴線幅5に高周波電子機器に含めるための約束を示しました。

V [TCNE]×〜2 6-9を合成するために確立されている4つの方法があります。 V [TCNE]×〜2は、第一powdeように合成しましたTCNEとVとの反応を介して、ジクロロメタン中のR(C 6 H 6)6。これらの粉末は、有機系材料で観察された最初の室温磁気秩序を示しました。しかし、この材料の粉末形態は、薄膜デバイスへの応用を制限する、非常に空気に敏感です。 2000年に、化学蒸着(CVD)法をV [TCNE]×〜2薄膜7を作成するために設立されました。より最近では、物理蒸着(PVD)8及び分子層堆積(MLD)は、 図9は 、薄いフィルムを製造するために使用されてきました。 PVD法は、CVD膜は容易には30nmから数ミクロンの範囲の厚さで堆積させることができるのに対し、超高真空(UHV)システムと、PVDおよびMLDの両方の方法は、100ナノメートルよりも厚い膜を成長させるために非常に長い時間を必要とする必要があります。 CVD法で使用可能な様々な厚さに加えて、大規模な研究は、一貫して高いQを示して最適化されたフィルムが得られています狭い強磁性共鳴(FMR)線幅(1.5 G)、高いキュリー温度(600 K)、および磁気鋭い5を切り替える:含むuality磁気特性。

V [TCNE]×〜2薄膜における磁気秩序は、従来とは異なる経路を介して進行します。 SQUID磁気測定測定は、強力な局所磁気秩序を示すが、X線回折ピークが存在しないと特徴の透過型電子顕微鏡(TEM)10形態は、長距離の構造秩序の欠如を明らかにする。しかし、拡張X線吸収微細構造(EXAFS)は、各バナジウムイオンは八面体2.084(5)オングストロームのバナジウム-窒素結合長の堅牢な局所構造順序を示す、六つの異なるTCNE分子と配位している11ショーを研究しています。全体TCNEに分散しているラジカルアニオン、 -磁性がTCNEの不対スピン間に反強磁性交換結合から生じます-分子、およびV 2+イオンのスピン、T Cとローカルフェリ磁性秩序をもたらします 〜最適化されたフィルム5のために600 K。室温磁気秩序を示すことに加えて、V [TCNE]×〜2膜は0.5 eVのバンドギャップ12と半導体されています。ノートの他の特性は〜150 K 13,14、異常な正の磁気抵抗12,15,16、および光誘起磁性13,17,18の凍結温度以下で可能sperimagnetismが含まれます。

V [TCNE]×〜2薄膜を合成するためのCVD法は、低い温度(<60℃)、コンフォーマル堆積の様々な基材と互換性があります。以前の研究では、両方の剛性と可撓性基板7上にV [TCNE]×〜2の成功した付着を示しています。さらに、この蒸着技術は、前駆体およびグラムの改変によってチューニングに役立ちますowthパラメータ。19-22ここに示すプロトコルはこれまでで最も最適化されたフィルムが得られる一方で、重要な進歩は、この方法の発見以来、膜特性の一部を改良してなされたもので、さらなる利益が可能です。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1.合成および前駆体の製造

  1. 【エ4 N]の調製V(CO)6] 23
    1. 窒素グローブボックス中で、〜40個に金属ナトリウム1.88gのをカットし、1リットル三口丸底フラスコに無水テトラヒドロフラン320ミリリットル(THF)にアントラセンの14.84グラムと混合します。
      注意:金属ナトリウムとテトラヒドロフランの両方が非常に可燃性です。
    2. 10が形成されたNAC 14 Hの深青色溶液になるまで、窒素雰囲気下、室温で4.5時間、溶液を撹拌しました。
    3. 0℃に溶液を冷却します。
    4. 窒素グローブボックス中で、500mLの丸底フラスコ中で(THF)3のVCl 3の7.48グラムに、無水THF 400ml中に添加することによって、VCL 3(THF)3のピンク-赤色の溶液を調製し、室温で1時間攪拌します。
    5. 20分間0℃〜ピンク·赤のグローブボックスからの溶液のVCl 3(THF)3とクールを削除します。以前のソリューへの転送窒素雰囲気下でカニューレを介してNAC 14 H 10の化。添加が完了した後に均一な深紫色溶液が直ちに形成されています。
    6. 窒素から取り出して、15時間撹拌します。氷は、O / Nを溶融することを可能にアイスバケットにフラスコを置くことによって、RTにゆっくりと暖かいです。
    7. 0℃に再び冷却し、溶液を一酸化炭素との反応フラスコを埋めます。解決策は、ほんの数分で黄褐色に濃い紫色に変わります。
      注意:一酸化炭素は非常に有毒です。このステップは、単独で行われるべきではないと一酸化炭素警報器は、研究室に設置する必要があります。
    8. 15時間、0℃で一酸化炭素雰囲気下で溶液を撹拌し、次いでRTにゆっくり暖かいです。
    9. 真空下でTHFのすべてが、200ミリリットルを削除します。溶液を攪拌しながら、O 2を含まない水の500ミリリットルを追加します。 V(CO)6が容易に酸化され、O 2の存在は、低い収率をもたらします。
    10. その結果をフィルタリングH 2 O 200mlにテトラエチルアンモニウムブロマイド20.8gの(エ4 NBR)からなる溶液中に黄色のスラリー
    11. それが無色になるまでO 2を含まない水でフィルターケーキを洗浄します。
    12. 真空下で[エ4 N] [V(CO)6]真空濾過により、乾燥の得られたスラリーを濾過します。
    13. ストア【エ4 N] [V(CO)6]将来の使用のためにグローブボックスの冷凍庫で。
  2. Vの調製(CO)6 23
    1. コック、ガラス管を接続する双方向、およびコールドフィンガーを有する真空アダプタの接続ポイントにグリースを塗り。中央の首の冷たい指と第3の開口部でのコックを有する真空アダプターを置きます。
    2. アルゴングローブボックス中で、100mgを混合【のEt 4 N] [V(CO)6]磁気攪拌棒を含有する丸底フラスコ中のリン酸1gを有します。
    3. ガラス双方向接続タブを介して三首丸底フラスコに、丸底フラスコに接続しアルゴングローブボックス内の電子。
    4. グローブボックスから密封フラスコシステムを削除し、化学フード内に設置しました。
    5. コー​​ルドフィンガーにメタノールを追加し、メタノールが凍結されるまでへらながら液体窒素を加えてかき混ぜます。圧力は5×10 -2トルに達するまで真空ラインにストップコックを開いてシステムをポンプダウン。
    6. 45℃に設定した油浴中で丸底フラスコに水没し、磁気攪拌をオンにします。反応が開始されると、リン酸が溶けますと黒青色の粉末は、コールドフィンガー上に凝縮します。
    7. 圧力が高すぎるため、黒い粉ではなく、コールドフィンガーの丸底フラスコに凝縮したときに真空ラインを開きます。再び閉じる前に戻って、5×10 -2トルのシステムをポンプ。
    8. 全ての反応物を混合するために、必要に応じて反応フラスコを回転させます。
    9. 丸底フラスコ内の残りの残留物をバブリンググレー、白、もはやなくなるまで反応を継続することを可能にします。
    10. 冷たい安全容器内に銅ペレットを注ぎ、液体窒素で冷却します。
    11. マイクロピペットでコールドフィンガーからメタノールを除去。グローブボックスへの転送中に冷たいそれを維持するためにコールドフィンガーに冷やし銅ペレットを注ぎます。
    12. アルゴングローブボックスに移す前に、フラスコシステムから油や凝縮水を拭きます。
    13. グローブボックスの内部では、フラスコシステムからコールドフィンガーを削除し、紙の重さの一部に黒V(CO)6粉末をこすり取る際には、スパチュラを使用しています。
    14. ストアアルゴン雰囲気下、ボトル内のV(CO)6とRTの下におきます。
  3. 昇華によるTCNEの精製
    1. 化学冷蔵庫に市販のテトラ(TCNE)とストアを購入します。
    2. 活性炭〜0.5グラムでTCNEの〜5グラムを混合し、乳鉢と乳棒で粉砕。
    3. グラスボートにTCNE /炭素の混合物を配置するか微妙なタスクワイプで包んでの底に置きます真空ラインを備えたフラスコ。
    4. フラスコの頂部にコールドフィンガーを配置し、クランプと一緒に二つの部分をシール。
    5. コー​​ルドフィンガーにメタノールを追加し、メタノールが凍結されるまでへらながら液体窒素を加えてかき混ぜます。 70°Cに加熱した油浴にTCNEを含有するフラスコの底に置きます。
    6. 10 -4 Torrの圧力に到達するために真空ラインを開き、真空ラインを閉じます。
    7. 時々圧力を維持する真空ラインを開きます。昇華が始まるようTCNEはコールドフィンガーに凝縮​​し​​ます。これ以上TCNEは昇華が終了したコールドフィンガーに蓄積なかったら。
    8. マイクロピペットでコールドフィンガーからメタノールを除去。
    9. アルゴングローブボックスに移す前に、フラスコシステムから油や凝縮水を拭きます。
    10. グローブボックスの内部では、フラスコシステムからコールドフィンガーを削除し、紙の重さの一部にTCNE粉末をこすりするためにスパチュラを使用しています。
    11. STO不活性雰囲気下、室温以下の冷蔵庫に精製されたTCNEを再。

2.アルゴングローブボックス内の蒸着システムを設定します

  1. 図1(a)に示すように、アルゴングローブボックスの内部で原子炉を組み立てます。
    1. 真空ポンプへの接続を設定します。
    2. 流量計とバルブをマイクロメートル接続された二つの線の間の3方コックを接続してガス流接続をセットアップします。
    3. 原子炉(パートA、 図1B)の周りのガラスヒーターコイルをスライドさせます。
    4. ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シールテープでスライドガラスを包みます。
    5. 原子炉、パートAの右側からスライドガラスを約10cmのプッシュ
    6. B部にOリングを配置し、反応器の右側にスライドさせます。クランプと一緒に2枚に参加。
    7. パートAの底部の接続に真空ラインを取り付け、上部接続にゲージを取り付けます。
    8. ボートフィルを配置TCNEは反応器の最も熱い部分に座ってするように、端に近い部分Cに精製されたTCNEとエド。
    9. C部の接続をグリースおよび反応器の左側にスライドさせます。
    10. パートBの右端にV(CO)6を充填したT-ボートやスライドの両側にグリースを塗り
    11. 各マイクロバルブを接続してください。一つは、部分Cの左側のT-船およびその他の右側に接続され、所定の位置の両方をクランプする必要があります。
    12. 反応ゾーンがどこにあるかを決定するために、テスト堆積を実行します。
  2. デポジットV [TCNE]×〜2基板上
    1. 75℃付近である反応器の底部とTCNEボートの領域で測定した場合、反応ゾーンは46°Cに近い値に設定されているように、反応の加熱コイルの温度を設定します。 10℃にシリコーン油浴の温度を設定します。温度は、少なくとも30分間安定させます。
    2. ガラスヒーターCOIをスライドさせ原子炉の周りにL(パートA、 図1A)。
    3. ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シールテープでスライドガラスを包みます。 2インチの空間内に覆われたスライドの上にサンプルを配置します。
    4. サンプルが反応ゾーンに配置されるように反応器の中にガラススライドを押してください。反応ゾーンは、ガラススライドせずにずれていてもよいが、代替的に、サンプルは、反応器の底部に直接配置することができます。
    5. B部にOリングを配置し、反応器の右側にスライドさせます。クランプと一緒に2枚に参加。
    6. パートAの底部の接続に真空ラインを取り付け、上部接続にゲージを取り付けます。
    7. (これらの量は75〜90分の堆積のための適切である)、T-ボートにTCNEボートにTCNEの50 mgであり、V(CO)5mgの6を入れてください。
    8. TCNEは、約75℃であるべきである反応器の最も熱い部分に座ってするように、端に近い部分CにTCNEボートをスライドさせます。
    9. > C部の接続をグリースおよび反応器の左側にスライドさせます。
    10. パートBの右端にT-ボートやスライドの両側にグリースを塗り
    11. T-ボートやパートCの左側の右側にフローラインをスライドさせ、所定の位置に固定します。組み立てセットアップは、 図1Aのようなります。
    12. T-ボートの底部全体を覆うようにオイルバスを上げます。
    13. 30〜35 mmHgでの圧力に到達するために真空ラインを開きます。
    14. Vのための56 SCCM(CO)6およびTCNE 84 SCCMに流量を設定します。反応は緑がかった物質が反応領域の壁に凝縮するとすぐに開始する必要があります。
    15. 反応が所望の時間進行することができます。 図2に示すように、薄膜の厚さは、反応器内の反応時間と場所に基づいています。
    16. 反応、近くに真空ラインを停止し、ヒーターやオイルバスをオフにします。
ove_title "> 3。クリーンアップ

  1. 任意の順序でシステムを離れて取ります。
  2. 少なくとも1〜2時間のための基本浴溶液中の加熱コイルを除くすべてのガラス器具を浸します。
  3. オーブンで水とドライでガラス器具を洗浄します。

図1
図1(A)完全に組み立てられたカスタム化学気相堆積(CVD)システム。 (B)CVDシステムのコンポーネントのビューを拡大しました。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

図2
図2(A)は、それらの位置を示す原子炉内の基板の上面図。 (B)の目安75分の堆積のための反応管の内部の位置の関数としての膜厚、 図1BからパートA。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

堆積が成功したかどうかを決定するための第1及び最も簡単な方法は、フィルムの目視検査を行うことです。フィルムは、基板全体で均一である鏡面仕上げの濃い紫色表示されます。そこにはV [TCNE]〜X 2はではないか、色が薄くされた基板の表面上のスポットがある場合、これは、基板表面上に溶媒又は他の不純物の存在による可能性があります。さらに、フィルムは不透明であるべきです。薄膜はわずか数分の短い時間スパンの上に堆積された場合を除き、半透明のフィルムは、多くの場合、堆積中の前駆体の流量に問題があったかもしれないことを意味します。

これは、準最適な増殖条件に加えて、大気暴露は、その品質あまり良好であるように見えるフィルムをもたらすことができるフィルムを分解することができることに留意することが重要です。したがって、それは輸送とmeasurinとき酸素暴露を防止するために不可欠ですG分析のためのサンプル。グローブボックスの外側の試料の輸送は、エポキシ24またはパリレン25または測定ツール4に合わせたカスタム設計の缶内のサンプルを囲むような材料のフィルムのカプセル化が必要です。局所構造及び膜組成をX線光電子分光(XPS)及びフーリエ変換赤外分光法(FTIR)を形質転換することを特徴とすることができます。

磁気特性はSQUID磁力計を用いて測定することができます。最適化されたフィルムは、RTの上ブレークダウンを撮影するために500-600 K.により周囲に外挿され、キュリー温度(T C)を得、T Cの値は、 図3Aに示すように、温度測定に対する磁化から抽出されます。この測定は、100エルステッドの適用分野で量子デザインSQUID磁束計で行われます。ゼロ磁場の大分裂の存在が低い時(ZFC)とフィールド冷却(FC)磁化値を冷却しました温度が局所スピン環境の分離の証拠であると低品質の映画の中で大きな存在です。フィルムのT Cは、ブロッホ法にピーク上記磁化値をフィッティングすることにより抽出することができます

M S(T)= M、S(0)(1 - BT 3/2)

ここで、M Sは飽和磁化であり、Bは、フィッティングパラメータです。 図3Aに示したデータの場合、この適合は、600 KでのT Cをもたらします

温度に対する磁気応答を特徴付けることに加えて、印加磁場の関数としての磁化はまた、 図3Bに示すようなヒステリシス曲線が得られて測定することができる最適化されたフィルムの場合、磁化の切り替えは100で飽和を達成するため、鋭いです大江。保磁力は、300 Kで約20エルステッドでなければなりません

Ferromagnetic共鳴(FMR)の研究が成功した膜成長を識別するための重要な技術です。 FMR測定において、単一の狭いピークの存在は、理想的な成長の強力な証拠です。最高の映画は、共振次善成長の1-2 G.測定のオーダーの半値(FWHM)線幅全幅は回転の一部またはすべての角度で複数の共鳴の機能を示したスペクトルになります持っている。 図4図 9.85 GHz帯の適用マイクロ波周波数で300 Kで面外(0°)に面(90°)から回転適用電子レンジ、DCフィールドの様々な角度で、理想的なフィルムのFMRスペクトル。サンプルが起因空洞条件に強度の大きさの変化を考慮するために正規化されます。

フィルムの電気的特性は、トランスポート測定により特徴付けることができます。最も単純な測定ジオメトリーは、体積の関数として電流を測定するための2つのプローブの測定値であります様々な温度のため田下。 図5(a)は、Alの30 nmおよび熱蒸着によって作成されたAuトップコンタクトの40ナノメートルでガラス上に堆積した膜を示しています。電気的接触は、量子デザイン物性測定システム(PPMS)のカスタム気密パックにインジウムプレスを介して行われます。電流 - 電圧(IV)測定はケースレー2400ソースメータを用いて行われます。これらの測定は、 図5(b)に示すように、温度の低下と共に増加する抵抗を有する全ての温度でオーミックIV特性を明らかにする温度依存抵抗データは、アレニウスの式に適合することができ

R = R 0のE -E A / K Bは T、

活性化エネルギーは、〜0.50 eVのE aを抽出します。この値は、この半導体材料12のための電子構造のバンドギャップエネルギーを表します。


図3(A)フィールド(白丸)を冷却し、ゼロ磁場は100エルステッドの印加磁場に対温度(黒丸)磁化を冷却しました。黒の実線は、300 Kで測定したフィールド対600 K.(B)磁化のT Cを抽出するために使用される適合している。この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

図4
角度の関数として図4室温FMRスペクトル面内(90°)から面外(0°)へ。 大きな輸出自主規制を表示するには、こちらをクリックしてくださいこの図のイオン。

図5
輸送サンプルのサンプル構造の図5(A)は概略。 (B)150 Kから300 Kに温度に対して挿入図に示した電流-電圧測定から抽出された抵抗値は、この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

V [TCNE]×〜2堆積のための重要なパラメータは、温度、キャリアガスの流量、圧力、前駆体の比を含みます。化学気相成長セットアップが市販されていないので、これらのパラメータは、各システムのために最適化される必要があります。島による以前の研究 、温度がTCNE前駆体26の昇華速度に最大の影響を有することが明らかになりました。温度は、温度コントローラに設定した値で、また、加熱コイルに配線間隔を調整することにより、両方の変形が可能で、そのようなものとして、各システムのために較正される必要があります。温度校正は、完全に堆積するためのシステムを組み立てる前に、反応器の内部で測定することにより行われます。これは、75℃付近の温度で反応器の最も熱いゾーンのTCNEボートを配置することが重要です。

次の最も重要なパラメータは、キャリアガスの流れです。キャリアガス流量TCNEはV(CO)の場合よりも高くなければならないために6。推奨される流速は、56 VのためSCCM(CO)6とTCNE 84 SCCMであり、それは(約10分のサンプリング周波数は、典型的には十分である)の安定性を確保するために、堆積中に、これらの流量を監視することが重要です。

圧力が35 mmHgの上である場合、反応はおそらく発生しません。圧力が高いと反応が開始されていない場合は可能性が高いシステムに漏れがない(何V [TCNE]×〜2現れるがあります)。大規模なリークは、システムが全くポンプダウンしないことを意味しますが、小さな漏れがある場合、システムは40〜50 mmHgのに達する可能性があります。漏れをチェックする最初の場所は、ガラス製品のすべての接続です。最も一般的には、フローラインに真空グリースが汚れて取得し、きれいに拭き、交換する必要ができます。漏れに加えて、圧力の問題は汚れたガラス容器又はチャンバの内部脱ガス汚染物質の存在によって引き起こされ得ます。このためその理由は注意深く反応チャンバ内に配置された任意の材料を考慮することが重要です。

反応パラメータを最適化することに加えて、基材の表面処理は、良好な膜成長のために重要です。 Vは[TCNE]×〜2は、多種多様な基材上に堆積させることができるが、表面がきれいで、残留溶媒があってはなりません。ピンセットでさえタッチ基板表面は、それらを汚染する可能性があります。また、処理されたサンプルは、追加の洗浄工程が必要な場合があります。例えば、フォトレジスト上にV [TCNE]×〜2を堆積させるために、フォトレジストは、溶媒の痕跡を除去するのに十分な長さのために焼いておく必要があります。さらに、このような自己組織化単分子膜のような化学的に処理表面にV [TCNE]×〜2の堆積のための処理用の半導体グレードの化学物質を必要とする場合があります。

V [TCNE]×〜2は incorpに最適ですのCVD成長フィルムデバイス構造で演説。しかし、これらは、溶媒、水、空気、高温に敏感であるため、V [TCNE]×〜2膜に行うことができる限られた処理があります。 V [TCNE]×〜2フィルムは、熱、電子ビームのためにマスクされ、影であること、または他の有機物や金属のスパッタ成膜をすることができます。様々なカプセル化技術は、測定ツールにV [TCNE]×〜2のサンプルを輸送するために使用されるが、この材料を使用するための課題であることができます。しかし、この問題はまた、有機発光ダイオード(OLED)のような他の有機デバイスのための一般的なので、カプセル化27-29のための技術に関する研究の重要な体があります。

多くの異なった用途のためのX〜2 [TCNE] Vの薄膜を成長させる能力を超えて、化学気相堆積のこの方法は、V [MeTCEC]のような有機薄膜、他のタイプの化学的可変性と探査に適しています30。この技術は、マイクロ波用途に枠を越えて、スピントロニクスデバイスからアプリケーションのために数十ナノメートルから数マイクロメートルの範囲の厚さに薄膜有機磁石を作成する機能を提供します。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

著者らは、開示することは何もありません。

Acknowledgments

この作品は、NSF助成金番号DMR-1207243、NSF MRSECプログラム(DMR-0820414)、DOE助成金番号DE-FG02-03ER46054、および材料研究のためのOSU-研究所によってサポートされていました。著者らは、ナノシステムオハイオ州立大学の研究室、およびCY花王とCY陳からの技術支援を認めます。

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Yoo, J. W., et al. Spin injection/detection using an organic-based magnetic semiconductor. Nat. Mater. 9, 638-642 (2010).
  2. Li, B., et al. Room-temperature organic-based spin polarizer. Appl. Phys. Lett. 99, 153503 (2011).
  3. Li, B., Kao, C. Y., Yoo, J. W., Prigodin, V. N., Epstein, A. J. Magnetoresistance in an All-Organic-Based Spin Valve. Adv. Mater. 23, 3382-3386 (2011).
  4. Fang, L., et al. Electrical Spin Injection from an Organic-Based Ferrimagnet in a Hybrid Organic-Inorganic Heterostructure. Phys. Rev. Lett. 106, 156602 (2011).
  5. Yu, H., et al. Ultra-narrow ferromagnetic resonance in organic-based thin films grown via low temperature chemical vapor deposition. Appl. Phys. Lett. 105, 012407 (2014).
  6. Manriquez, J. M., Yee, G. T., McLean, R. S., Epstein, A. J., Miller, J. S. A Room-Temperature Molecular Organic Based Magnet. Science. 252, 1415-1417 (1991).
  7. Pokhodnya, K. I., Epstein, A. J., Miller, J. S. Thin-film V TCNE (x) magnets. Adv. Mater. 12, 410-413 (2000).
  8. Carlegrim, E., Kanciurzewska, A., Nordblad, P., Fahlman, M. Air-stable organic-based semiconducting room temperature thin film magnet for spintronics applications. Appl. Phys. Lett. 92, 163308 (2008).
  9. Kao, C. Y., Yoo, J. W., Min, Y., Epstein, A. J. Molecular Layer Deposition of an Organic-Based Magnetic Semiconducting Laminate. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4, 137-141 (2012).
  10. Miller, J. S. Oliver Kahn Lecture: Composition and structure of the V TCNE (x) (TCNE = tetracyanoethylene) room-temperature, organic-based magnet - A personal perspective. Polyhedron. 28, 1596-1605 (2009).
  11. Haskel, D., et al. Local structural order in the disordered vanadium tetracyanoethylene room-temperature molecule-based magnet. Phys. Rev. B. 70, 054422 (2004).
  12. Prigodin, V. N., Raju, N. P., Pokhodnya, K. I., Miller, J. S., Epstein, A. J. Spin-Driven Resistance in Organic-Based Magnetic Semiconductor V[TCNE]x. Adv. Mater. 14, 1230-1233 (2002).
  13. Yoo, J. W., Edelstein, R. S., Lincoln, D. M., Raju, N. P., Epstein, A. J. Photoinduced magnetism and random magnetic anisotropy in organic-based magnetic semiconductor V(TCNE)(x) films, for x similar to 2. Phys. Rev. Lett. 99, (15), 157205- (2007).
  14. Cimpoesu, F., Frecus, B., Oprea, C. I., Panait, P., Gîrţu, M. A. Disorder, exchange and magnetic anisotropy in the room-temperature molecular magnet V[TCNE]x – A theoretical study. Computational Materials Science. 91, 320-328 (2014).
  15. Raju, N. P., Prigodin, V. N., Pokhodnya, K. I., Miller, J. S., Epstein, A. J. High field linear magnetoresistance in fully spin-polarized high-temperature organic-based ferrimagnetic semiconductor V(TCNE)(x) films, x similar to 2. Synth. Met. 160, 307-310 (2010).
  16. Raju, N. P., et al. Anomalous magnetoresistance in high-temperature organic-based magnetic semiconducting V(TCNE)(x) films. J. Appl. Phys. 93, 6799-6801 (2003).
  17. Yoo, J. W., et al. Multiple photonic responses in films of organic-based magnetic semiconductor V(TCNE)(x), x similar to 2. Phys. Rev. Lett. 97, 247205 (2006).
  18. Yoo, J. W., Edelstein, R. S., Raju, N. P., Lincoln, D. M., Epstein, A. J. Novel mechanism of photoinduced magnetism in organic-based magnetic semiconductor V(TCNE)(x), x similar to 2. J. Appl. Phys. 103, 07B912 (2008).
  19. Caro, D., et al. CVD-grown thin films of molecule-based magnets. Chem. Mat. 12, 587-589 (2000).
  20. Erickson, P. K., Miller, J. S. Thin film Co TCNE (2) and VyCo1-y TCNE (2) magnetic materials. J. Magn. Magn. Mater. 324, (2), 2218-2223 (2012).
  21. Valade, L., et al. Thin films of molecular materials grown on silicon substrates by chemical vapor deposition and electrodeposition. J. Low Temp. Phys. 142, 393-396 (2006).
  22. Casellas, H., de Caro, D., Valade, L., Cassoux, P. A new chromium-based molecular magnet grown as a thin film by CVD. Chem. Vapor Depos. 8, 145-147 (2002).
  23. Barybin, M. V., Pomije, M. K., Ellis, J. E. Highly reduced organometallics - 42. A new method for the syntheses of V(CO)(6) (-) and V(PF3)(6) (-) involving anthracenide mediated reductions of VCl3(THF)(3). Inorg. Chim. Acta. 269, 58-62 (1998).
  24. Froning, I. H. M., Lu, Y., Epstein, A. J., Johnston-Halperin, E. Thin-film Encapsulation of the Air-Sensitive Organic Ferrimagnet Vanadium Tetracyanoethylene. Appl. Phys. Lett. 106, 122403 (2015).
  25. Pokhodnya, K. I., Bonner, M., Miller, J. S. Parylene protection coatings for thin film V TCNE (x) room temperature magnets. Chem. Mat. 16, 5114-5119 (2004).
  26. Shima Edelstein, R., Yoo, J. -W., Raju, N. P., Bergeson, J. D., Pokhodnya, K. I., Miller, J. S., Epstein, A. J. Materials Research Society. Tessler, N., Arias, A. C., Burgi, L., Emerson, J. A. (2005).
  27. Katz, H. E. Recent advances in semiconductor performance and printing processes for organic transistor-based electronics). Chem. Mat. 16, 4748-4756 (2004).
  28. Subbarao, S. P., Bahlke, M. E., Kymissis, I. Laboratory Thin-Film Encapsulation of Air-Sensitive Organic Semiconductor Devices. IEEE Trans. Electron Devices. 57, 153-156 (2010).
  29. Lungenschmied, C., et al. Flexible, long-lived, large-area, organic solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 91, 379-384 (2007).
  30. Lu, Y., et al. Thin-Film Deposition of an Organic Magnet Based on Vanadium Methyl Tricyanoethylenecarboxylate. Adv. Mater. 26, 7632-7636 (2014).
有機マグネットの化学気相堆積、バナジウムテトラ
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter