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Chemistry

Chemical Vapor Deposition de um ímã Orgânica, vanádio tetracianoetileno

doi: 10.3791/52891 Published: July 3, 2015

Summary

Apresentamos a síntese do tetracianoetileno ferrimagnet vanádio de base orgânica (V [TCNE] x, x ~ 2) por meio de deposição de vapor químico de baixa temperatura (DCV). Esta receita optimizado produz um aumento na temperatura de Curie entre 400 K e 600 K e sobre uma melhoria dramática em propriedades de ressonância magnética.

Abstract

Recentes progressos no campo dos materiais orgânicos rendeu dispositivos orgânicos tais como diodos emissores de luz (OLEDs), que têm vantagens que não são encontradas em materiais tradicionais, incluindo baixo custo e flexibilidade mecânica. Em uma veia similar, seria vantajoso para expandir o uso de produtos orgânicos em produtos eletrônicos de alta freqüência e eletrônica baseada em rotação. Este trabalho apresenta um processo de síntese para o crescimento de películas finas da ferrimagnet orgânica temperatura ambiente, vanádio tetracianoetileno (V [TCNE] x, x ~ 2) por deposição de vapor químico de baixa temperatura (DCV). A película fina é cultivada a <60 ° C, e pode acomodar uma ampla variedade de substratos incluindo, mas não limitado a, silicone, vidro, Teflon e substratos flexíveis. A deposição conformal é propício para a pré-modelado e estruturas tridimensionais também. Além disso, esta técnica pode produzir películas com espessuras entre 30 nm a vários micrómetros. O progresso recentena otimização do crescimento filme cria um filme cujas qualidades, como a maior temperatura Curie (600 K), a melhoria da homogeneidade magnética, e apertado ressonância ferromagnética linha de largura (1,5 G) mostram a promessa para uma variedade de aplicações em spintrônica e eletrônicos de microondas.

Introduction

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O semicondutor ferrimagnético vanádio tetracianoetileno de base orgânica (V [TCNE] x, x ~ 2) exibe temperatura ambiente ordenação magnética e promete as vantagens de materiais orgânicos para aplicações magnetoelectronic, tais como a flexibilidade, a produção de baixo custo, e tunability química. Estudos anteriores demonstraram funcionalidade em dispositivos de spintrônica, incluindo válvulas de spin orgânicos / inorgânicos 1,2 e totalmente orgânico híbridos 3, e como um polarizador de spin em um heterostructure semicondutores orgânicos / inorgânicos ativo 4. Além disso, V [TCNE] x ~ 2 demonstrou promessa para inclusão em produtos eletrônicos de alta freqüência devido a sua extremamente estreita ressonância ferromagnética linewidth 5.

Existem quatro métodos diferentes que foram estabelecidas para sintetizar V [TCNE] x ~ 06-09 fevereiro. V [TCNE] x ~ 2 foi sintetizado pela primeira vez como TISHIr em diclorometano através de uma reacção de TCNE e V (C 6 H 6) 6. Estes pós exibiu o primeiro ordenamento magnético temperatura ambiente observada em um material de base orgânica. No entanto, a forma de pó deste material é extremamente sensível ao ar, o que limita a sua aplicação em dispositivos de película fina. Em 2000, um produto químico de deposição de vapor foi estabelecida método (CVD) para a criação de V [TCNE] x ~ 2 filmes finos 7. Mais recentemente deposição física de vapor (PVD) e camada de deposição 8 molecular (MLD) 9 tem também sido utilizado para fabricar películas finas. O método PVD requer um sistema de vácuo ultra-alto (UHV) e ambos PVD e métodos MLD requerem tempos extremamente longos no crescimento de filmes mais espessos do que 100 nm, enquanto os filmes de CVD pode ser facilmente depositado em espessuras variando de 30 nm a vários micrómetros. Além da grande variedade de espessuras disponíveis com o método CVD, estudos extensos produziram filmes que mostram consistentemente alta q optimizadoualidade propriedades magnéticas, incluindo: ressonância ferromagnético estreita (FMR) largura de linha (1,5 g), de alta temperatura de Curie (600 K), e afiado magnética comutação 5.

Ordenamento magnético em V [TCNE] x ~ 2 filmes finos prossegue através de uma rota não convencional. Medições magnetometria SQUID mostrar forte ordenamento magnético local, mas a ausência de picos de difração de raios-X e microscopia eletrônica de transmissão inexpressivo (TEM) 10 morfologia revelar uma falta de ordem estrutural de longo alcance. No entanto, a absorção de raios-X estendido de estrutura fina (EXAFS) estuda 11 mostram que cada íon vanádio é octaedricamente coordenado com seis moléculas TCNE diferentes, indicando uma ordem estrutural local, robusto, com um comprimento de ligação de vanádio-nitrogênio de 2,084 (5) a. Magnetismo surge de um acoplamento de troca antiferromagnetic entre os spins desemparelhados do TCNE - ânions radicais, que são distribuídos em toda a TCNE -molécula, e as rotações no V 2+, que conduzem a uma ordenação ferrimagnético local com t C ~ 600 K para filmes otimizados 5. Além de exibir a temperatura ambiente ordenamento magnético, V [TCNE] x ~ 2 filmes são semicondutor com 0,5 eV bandgap 12. Outras propriedades da nota incluem possível sperimagnetism abaixo de uma temperatura de congelamento de ~ 150 K 13,14, magnetorresistência positiva anômala 12,15,16, e foto-induzido magnetismo 13,17,18.

O método CVD para a síntese V [TCNE] x ~ 2 filmes finos é compatível com uma variedade de substratos devido à baixa temperatura (<60 ° C) e a deposição conformada. Estudos anteriores mostraram deposição de sucesso de V [TCNE] x ~ 2 em ambos os substratos rígidos e flexíveis 7. Além disso, esta técnica de deposição presta-se ao ajuste por meio de modificação de precursores e de grparâmetros owth 19-22 Enquanto o protocolo mostrado aqui produz os filmes mais otimizado para data., progressos significativos foram feitos na melhoria algumas das propriedades do filme desde a descoberta deste método e novos ganhos podem ser possíveis.

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Protocol

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1. Síntese e Preparação de Precursores

  1. Preparação de [Et4N] [V (CO) 6] 23
    1. Numa caixa de luvas de azoto, 1,88 g de corte de metal de sódio em 40 partes ~ e misturar-se com 14,84 g de antraceno em 320 ml de tetra-hidrofurano anidro (THF) numa proporção de 1 L com três tubuladuras balão de fundo redondo.
      ATENÇÃO: Tanto o sódio metálico e tetra são altamente inflamáveis.
    2. Agita-se a solução durante 4,5 horas à temperatura ambiente sob uma atmosfera de azoto até uma solução azul escura de NaC 14 H 10 é formado.
    3. Arrefece-se a solução para 0 ° C.
    4. Numa caixa de luvas de azoto, preparar uma solução-de-rosa-vermelho de VCL 3 (THF) 3 por adição de 400 ml de THF anidro a 7,48 g de VCl 3 (THF) 3 em um balão de 500 ml de fundo redondo e agitar temperatura ambiente durante 1 h.
    5. Remover a solução de vermelho-rosado VCl 3 (THF) 3 a partir da caixa de luvas e arrefecer a 0 ° C durante 20 min. Transferir para a solu anteriorção do NAC 14 H 10 através de uma cânula, sob uma atmosfera de azoto. A solução púrpura escura homogénea é formado imediatamente após a adição estar completa.
    6. Retire do azoto e agita-se durante 15 h. Aquecer lentamente até à temperatura ambiente, colocando balão em balde de gelo permitindo ao gelo derreter O / N.
    7. Arrefece-se a solução novamente até 0 ° C e encher o balão de reacção com monóxido de carbono. A solução mudará de roxo profundo ao amarelo-marrom em uma questão de minutos.
      CUIDADO: O monóxido de carbono é altamente tóxico. Este passo não deve ser realizada isoladamente e um alarme de monóxido de carbono deve ser instalado no laboratório.
    8. Agita-se a solução sob uma atmosfera de monóxido de carbono a 0 ° C durante 15 hr e, em seguida aquecer lentamente até à temperatura ambiente.
    9. Remover tudo menos 200 ml de THF sob vácuo. Adicione 500 ml de O 2 de água livre, agitando a solução. V (CO) 6 é facilmente oxidado e a presença de O2 vai resultar num rendimento baixo.
    10. Filtra-se o resultantepasta amarela para uma solução composta de 20,8 g de brometo de tetraetilamónio (Et 4 NBr) em 200 ml de H 2 O.
    11. Lavar o bolo do filtro com água livre de O2 até que seja incolor.
    12. Filtra-se a suspensão resultante de [Et4N] [V (CO) 6] por filtração sob vácuo e seco sob vácuo.
    13. Loja [Et4N] [V (CO) 6] num congelador caixa de luvas para uso futuro.
  2. Preparação de V (CO) 6 23
    1. Lubrifique os pontos de conexão para um adaptador de vácuo com torneira, vidro de duas vias tubo de ligação, e-dedo frio. Coloque um dedo frio no centro do pescoço e um adaptador de vácuo com torneira na terceira abertura.
    2. Numa caixa de luvas de árgon, misturar 100 mg de [Et4N] [V (CO) 6] com 1 g de ácido fosfórico num balão de fundo redondo, contendo uma barra de agitação magnética.
    3. Ligar o balão de fundo redondo a um balão de fundo redondo com três gargalo de vidro através de duas vias de ligação banheirae no porta-luvas árgon.
    4. Remover o sistema de balão selado a partir do porta-luvas e configurar na capa química.
    5. Adiciona-se metanol ao dedo frio e agita-se com uma espátula, enquanto a adição de azoto liquido até metanol é congelado. Bombear o sistema através da abertura da torneira a uma linha de vácuo até que a pressão atinge 5 x 10 -2 Torr.
    6. Mergulhe o balão de fundo redondo em um conjunto de banho de óleo a 45 ° C e ligue a agitação magnética. Uma vez iniciada a reacção, o ácido fosfórico irá derreter e um pó preto-azul condensa no dedo frio.
    7. Abrir o tubo de vácuo quando um pó preto condensa no balão de fundo redondo, em vez do dedo frio, porque a pressão é demasiado alta. Bombear o sistema de volta para 5 x 10 -2 Torr antes de fechar novamente.
    8. Rodar o balão de reacção, conforme necessário para misturar todos os reagentes.
    9. Permitir que a reacção continue até que o resíduo remanescente no balão de fundo redondo é branco-cinzento e não mais borbulhar.
    10. Despeje pelotas de cobre em um recipiente seguro frio e arrefecer com nitrogênio líquido.
    11. Remover o metanol a partir do dedo frio com uma micropipeta. Despeje pelotas de cobre refrigerados para o dedo frio para mantê-lo frio durante a transferência para porta-luvas.
    12. Limpe o óleo ea água condensada fora do sistema de balão antes de se transferir para um porta-luvas de árgon.
    13. Dentro da caixa de luvas, remover o dedo frio do sistema de balão e utilizar uma espátula para raspar o V preto (CO) 6 em pó sobre um pedaço de papel de pesagem.
    14. V loja (CO) 6 num frasco sob atmosfera de árgon e manter abaixo de RT.
  3. A purificação por sublimação de TCNE
    1. Comprar tetracianoetileno comercialmente disponível (TCNE) e conservar no frigorífico química.
    2. Misturar ~ 5 g de TCNE com ~ 0,5 g de carvão activado e moer com um almofariz e pilão.
    3. Coloque TCNE mistura / carbono em um barco de vidro ou embrulhe em toalhetes de tarefas delicadas e colocar no fundo deNum balão com uma linha de vácuo.
    4. Coloque um dedo frio para o topo do frasco e selar as duas partes em conjunto com um grampo.
    5. Adiciona-se metanol ao dedo frio e agita-se com uma espátula, enquanto a adição de azoto liquido até metanol é congelado. Inserir o fundo do frasco contendo o TCNE num banho de óleo aquecido a 70 ° C.
    6. Abra a linha de vácuo para chegar a uma pressão de 10 -4 Torr e, em seguida, fechar a linha de vácuo.
    7. Ocasionalmente abrir a linha de vácuo para manter a pressão. TCNE condensa no dedo frio como sublimação começa. Uma vez que não mais TCNE acumula no dedo frio a sublimação está terminado.
    8. Remover o metanol a partir do dedo frio com uma micropipeta.
    9. Limpe o óleo ea água condensada fora do sistema de balão antes de se transferir para um porta-luvas de árgon.
    10. Dentro da caixa de luvas, remover o dedo frio do sistema de balão e utilizar uma espátula para raspar o pó TCNE sobre um pedaço de papel de pesagem.
    11. Store TCNE purificada num frigorífico abaixo TA sob atmosfera inerte.

2. Configure Deposição sistema dentro de um Argon Glovebox

  1. Montar o reactor dentro de uma caixa de luvas árgon como mostrado na Figura 1A.
    1. Configurar uma ligação a uma bomba de vácuo.
    2. Defina-se as ligações de fluxo de gás através da ligação de uma torneira de 3 vias entre um medidor de fluxo e duas linhas ligadas a micrômetro válvulas.
    3. Deslize a bobina de aquecimento de vidro em torno do reactor (parte A, Figura 1B).
    4. Enrole uma lâmina de vidro com fita de politetrafluoretileno (PTFE) selo de discussão.
    5. Empurre a lâmina de vidro de aproximadamente 10 cm do lado direito do reactor, parte A.
    6. Colocar um anel em O na parte B e deslizar para o lado direito do reactor. Junte as duas peças juntas com uma braçadeira.
    7. Anexar uma linha de vácuo para a conexão inferior na parte A e anexar a bitola para o início da conexão.
    8. Coloque um preenchimento de barcoed com TCNE purificada em parte C perto da extremidade de modo que a TCNE vai sentar-se na parte mais quente do reactor.
    9. Unte a conexão da parte C e deslize-o no lado esquerdo do reactor.
    10. Unte ambos os lados da T-boat preenchido com V (CO) 6 e deslize para o lado direito da parte B.
    11. Conecte-se cada válvula micrômetro. Deve ser ligado ao lado direito do T-barco e o outro para o lado esquerdo da parte C e fixar tanto no lugar.
    12. Executar uma deposição de ensaio para determinar onde a zona de reacção está localizado.
  2. Depósito V [TCNE] x ~ 2 sobre substratos
    1. Ajustar a temperatura da serpentina de aquecimento de reacção de modo que a zona de reacção é ajustado para um valor próximo de 46 ° C quando medido na parte inferior do reactor e a área do barco TCNE é próximo de 75 ° C. Ajustar a temperatura de um banho de óleo de silicone a 10 ° C. Permitir que as temperaturas para estabilizar durante pelo menos 30 min.
    2. Deslize o coi aquecedor de vidrol em torno do reactor (parte A, Figura 1A).
    3. Enrole uma lâmina de vidro com fita de politetrafluoretileno (PTFE) selo de discussão. Organize amostras em cima de slides coberta dentro de um espaço de duas polegadas.
    4. Empurrar a lâmina de vidro para dentro do reactor de modo que as amostras situam-se na zona de reacção. Alternadamente amostras pode ser colocado directamente sobre o fundo do reactor, embora a zona de reacção pode ser deslocado sem uma lâmina de vidro.
    5. Colocar um anel em O na parte B e deslizar para o lado direito do reactor. Junte as duas peças juntas com uma braçadeira.
    6. Anexar uma linha de vácuo para a conexão inferior na parte A e anexar a bitola para o início da conexão.
    7. Colocar 50 mg de TCNE no barco TCNE e 5 mg de V (CO) 6 na t-barco (estas quantidades são apropriadas para uma deposição de 75-90 min).
    8. Deslize o barco TCNE em parte C perto do final para que o TCNE vai sentar-se na parte mais quente do reactor, que deve ser de cerca de 75 ° C.
    9. > Unte a conexão da parte C e deslize-o no lado esquerdo do reactor.
    10. Unte ambos os lados da T-boat e deslize para o lado direito da parte B.
    11. Deslize a linha de fluxo para o lado direito da T-barco e lados esquerdos de parte C e prenda no lugar. O montado set-up deve se parecer com a Figura 1A.
    12. Elevar o banho de óleo para cobrir todo o fundo do T-barco.
    13. Abrir o tubo de vácuo para se atingir uma pressão de 30-35 mmHg.
    14. Definir a taxa de fluxo para 56 sccm para o V (CO) e 6 a 84 sccm para o TCNE. A reacção deve começar imediatamente com um material esverdeado condensação na parede da zona de reacção.
    15. Permitir a reacção prosseguir durante o período de tempo desejado. A espessura da película fina é baseado no tempo de reacção e localização no interior do reactor, como mostra a Figura 2.
    16. Para parar a reacção, perto linha de vácuo e desligar o aquecedor e banho de óleo.
ove_title "> 3. Limpe

  1. Leve para além do sistema em qualquer ordem.
  2. Embeber todo o material de vidro, excepto a bobina de aquecimento em um banho de solução de base durante pelo menos 1-2 horas.
  3. Enxágüe copos com água e seco em um forno.

Figura 1
Figura 1. Sistema (A) deposição de vapor químico costume Totalmente montado (DCV). (B) vista expandida dos componentes para o sistema de DCV. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2. (A) uma vista de topo dos substratos no reactor mostrando a sua localização. (B) aproximadoespessura do filme em função da posição no interior do tubo reactor, parte A da Figura 1B por um deposição de 75 min. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Representative Results

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O primeiro e mais fácil método para determinar se uma deposição é bem sucedido é fazer uma inspecção visual dos filmes. O filme deve aparecer roxo escuro com um acabamento espelhado que é uniforme entre os substratos. Se existem manchas sobre a superfície do substrato onde não há V [TCNE] x ~ 2 ou é de cor mais clara, em seguida, esta é provavelmente devido à presença de solventes ou outras impurezas na superfície do substrato. Além disso, a película deve ser opaco. A menos que uma fina película foi depositado ao longo de um curto intervalo de tempo de apenas alguns minutos, as películas translúcidas, muitas vezes significa que não pode ter sido um problema com a taxa de fluxo dos precursores durante a deposição.

É importante notar que, para além das condições de crescimento sub-óptimas, exposição à atmosfera, pode degradar a película que pode resultar em películas cuja qualidades parecem ser menos favorável; portanto, é essencial para evitar a exposição de oxigênio durante o transporte e measuring as amostras para análise. Transporte da amostra fora do porta-luvas requer encapsulamento do filme com materiais como epoxi 24 ou 25 ou parylene encerrando a amostra em latas de design personalizado que se encaixam a ferramenta de medição 4. Estrutura local e composição da película pode ser caracterizado por espectroscopia de raios-X de fotoemissão (XPS) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).

Propriedades magnéticas pode ser medida usando um magnetómetro SQUID. Filmes optimizadas produzir uma temperatura de Curie extrapolada (T C) em torno de 500-600 K. Devido à repartição filmar acima RT, o valor de T C é extraída a partir de uma magnetização contra medição de temperatura, tal como a mostrada na Figura 3A. Esta medição é realizada em um Quantum Design Calamar Magnetometer com um campo aplicado de 100 Oe. A presença de uma grande divisão do-campo nulo arrefecida (ZFE) e arrefeceu-campo (FC) valores de magnetização em baixotemperatura é evidência de isolamento de ambientes de locais de rotação e é uma maior presença em filmes de menor qualidade. A T C dos filmes pode ser extraído através do ajuste dos valores de magnetização acima do pico com a lei Bloch

M s (t) = H S (0) (1 - BT 3/2),

H onde S é a magnetização de saturação e B é um parâmetro de ajustamento. Para os dados mostrados na Figura 3A este ajuste origina uma T C de 600 K.

Em adição a caracterizar a resposta magnética à temperatura, a magnetização como uma função do campo aplicado também pode ser medido, resultando em um ciclo de histerese, como a mostrada na Figura 3B. Para filmes optimizadas a comutação da magnetização é afiado, conseguir a saturação por 100 Oe. O coercivity deve ser de cerca de 20 Oe a 300 K.

Fressonância erromagnetic (FMR) estudos são uma técnica fundamental para a identificação de crescimento do filme de sucesso. A presença de um único pico, estreita na medição FMR é uma forte evidência de um crescimento ideal. Os melhores películas têm largura total a meia altura (FWHM) largura de linha da ordem de 1-2 G. As medições de ressonância de crescimento sub-óptimas irão resultar em um espectro que mostra várias características de ressonância em alguns ou em todos os ângulos de rotação. A figura 4 mostra o espectro FMR de um filme ideal em vários ângulos de microondas aplicada e campos de DC, de rotação no plano (90 °) para fora do plano (0 ° C) a 300 K, com uma frequência de microondas aplicada de 9,85 GHz. As amostras são normalizados para ter em conta a variação na grandeza da intensidade, devido às condições da cavidade.

Propriedades elétricas dos filmes podem ser caracterizadas através de medidas de transporte. A geometria da medição é mais simples uma medição de dois sonda para medir a corrente como uma função de voltage para várias temperaturas. A Figura 5A mostra um filme depositado em vidro com 30 nm de Al e 40 nm de au top contatos criados por evaporação térmica. O contato elétrico é feita através de índio imprensa para um disco hermético personalizado para um Quantum Design sistema de medição de propriedades físicas (PPMS). Medições de corrente-tensão (IV) são realizadas utilizando um sourcemeter Keithley 2400. Estas medições revelam características óhmica IV em todas as temperaturas com resistência que aumenta com a diminuição da temperatura, como mostrado na Figura 5B. Os dados de resistência dependente da temperatura pode estar em forma de uma equação de Arrhenius

R = 0 e R -E a / k B T,

para extrair uma energia de ativação, E a ~ 0,50 eV. Esse valor representa a energia da banda na estrutura eletrônica para este material semicondutor 12.


Figura 3. (A) Campo arrefecida (círculos abertos) e de campo de zero arrefecida (círculos a cheio) versus a temperatura de magnetização com um campo magnético aplicado de 100 Oe. Linha preta sólida é um ajuste usado para extrair T C de 600 K. (B) de magnetização em função do campo medido a 300 K. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4. temperatura de quarto espectros de FMR em função do ângulo de in-plane (90 °) para fora do avião (0 °). Por favor clique aqui para ver uma vers maioresion desta figura.

Figura 5
Figura 5. (A) Esquema de estrutura de amostra para amostra de transporte. (B) Os valores de resistência extraído das medições de corrente de tensão mostrado na inserção para temperaturas de 150 K a 300 K. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

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Os principais parâmetros para V [TCNE] x ~ 2 deposição incluem a temperatura, o fluxo de gás transportador, a pressão, e proporção de precursores. Uma vez que a deposição de vapor químico set-up não está disponível comercialmente estes parâmetros têm de ser optimizados para cada sistema. Um estudo anterior por Shima et ai. Revelaram que a temperatura tem o maior impacto na taxa de sublimação do precursor TCNE 26. A temperatura pode ser modificado, tanto por o valor definido no controlador de temperatura e também fazendo ajustes para o espaçamento do fio na bobina de aquecimento e, como tal, precisam de ser calibrados para cada sistema. Calibração da temperatura é realizado através da medição no interior do reactor antes de montar completamente o sistema de deposição. É importante colocar o barco TCNE na zona mais quente do reactor a uma temperatura próxima de 75 ° C.

O próximo parâmetro mais importante é o fluxo de gás transportador. O caudal de gás transportadorpara o TCNE deve ser mais elevado do que para v (CO) 6. As taxas de fluxo são recomendadas 56 sccm para a V (CO) e 6 a 84 sccm para a TCNE, e é importante para controlar estes caudais durante a deposição para garantir a estabilidade (uma frequência de amostragem de cerca de 10 minutos é geralmente suficiente).

Se a pressão está acima de 35 mmHg, a reacção provavelmente não vai ocorrer. Se a pressão é elevada e a reacção não foi iniciado (não há V [TCNE] x ~ 2 constante) é provável que exista uma fuga no sistema. Um grande vazamento significa que o sistema não vai bombear para baixo em todos, mas se houver uma pequena fuga do sistema pode atingir 40-50 mm Hg. O primeiro lugar para verificar se há vazamentos está em todas as conexões de vidro. Mais comumente, a graxa de vácuo sobre as linhas de fluxo pode ficar sujo e precisa ser limpo e substituído. Além de vazamentos, problemas de pressão pode ser provocado por material de vidro sujo ou a presença de contaminantes que outgas no interior da câmara. Para issorazão, é importante considerar cuidadosamente qualquer material colocado no interior da câmara de reacção.

Além disso a optimizar os parâmetros da reacção, o tratamento de superfície de substratos é crítico para o bom crescimento do filme. V [TCNE] x ~ 2 pode ser depositado sobre uma ampla variedade de substratos, mas a superfície deve estar limpa e livre de solventes residuais. Mesmo superfícies de substrato tocar com pinças podem contaminá-los. Além disso, as amostras que foram processadas podem requerer passos adicionais de limpeza. Por exemplo, para depositar V [TCNE] x ~ 2 para fotorresistente, o fotorresistente deve ter sido cozida durante um tempo suficiente para remover quaisquer vestígios de solventes. Além disso, para a deposição de V [TCNE] x ~ 2 sobre uma superfície quimicamente processada, tal como uma monocamada auto-montada pode necessitar de produtos químicos de qualidade para o processamento de semicondutores.

Filmes crescido-CVD de V [TCNE] x ~ 2 são ideais para incorporação em estruturas de dispositivos; no entanto, há de processamento limitada que pode ser feito para o V [TCNE] x ~ 2 filmes porque eles são sensíveis a solventes, água, ar e altas temperaturas. V [TCNE] x ~ 2 filmes podem ser mascarados para sombra, e-feixe térmico, ou por pulverização catódica de outros compostos orgânicos ou metais. Várias técnicas de encapsulamento pode ser usado para o transporte de amostras com V [TCNE] x ~ 2 a ferramentas de medição, mas é um desafio para trabalhar com este material. No entanto, esta dificuldade também é comum para outros dispositivos orgânicos, tais como diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs), para que haja um conjunto significativo de trabalhos sobre técnicas para encapsulamento 27-29.

Para além da capacidade de crescimento de filmes de V [TCNE] x ~ 2 para muitas aplicações diferentes, este método de deposição química de vapor é adequado para tunability química e exploração de outros tipos de películas finas orgânicas, tais como V [MeTCEC]30. Esta técnica fornece a capacidade de criar um ímã orgânico película fina com uma espessura variando de algumas dezenas de nanômetros a vários micrômetros para aplicativos de dispositivos de spintrônica para aplicações de microondas e além.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

Este trabalho foi financiado pela NSF Grant No. DMR-1207243, o programa NSF MRSEC (DMR-0820414), DOE Grant No. DE-FG02-03ER46054, eo OSU-Instituto de Pesquisa de Materiais. Os autores agradecem ao Laboratório NanoSystems na Universidade Estadual de Ohio, e assistência técnica de CY Kao e CY Chen.

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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Chemical Vapor Deposition de um ímã Orgânica, vanádio tetracianoetileno
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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).

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