Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

Химическое осаждение из органической Магнит, ванадия тетрацианоэтиленом

doi: 10.3791/52891 Published: July 3, 2015

Summary

Мы представляем синтез органического основе ферримагнетик ванадия тетрацианоэтилена (V [TCNE] х, х ~ 2) с помощью низкой температуры осаждения из газовой фазы (CVD). Эта оптимизированная рецепт дает увеличение температуры Кюри от 400 К до 600 К в течение и значительное улучшение в магнитных резонансных свойств.

Abstract

Недавний прогресс в области органических материалов позволило создать устройство, таких как органических светоизлучающих диодов (OLED), которые имеют преимущества, которых нет в традиционных материалов, в том числе низкой стоимости и механической гибкостью. Аналогичным образом, было бы выгодно, чтобы расширить использование органических в высокочастотные электроники и спиновых основе электроники. Эта работа представляет собой синтетический процесс роста тонких пленок при комнатной температуре органического ферримагнетика, ванадий тетрацианоэтилена (V [TCNE] х, х ~ 2) низкой температуры осаждения паров химических (CVD). Тонкая пленка выращена в <60 ° C, и может вместить широкий спектр подложек, включая, но не ограничиваясь этим, кремний, стекло, тефлон и гибких подложках. Конформной осаждения способствует заранее рисунком и трехмерные структуры, а также. Кроме эта методика может давать пленок с толщиной от 30 нм до нескольких микрон. Недавний прогрессв оптимизации роста пленки создает фильм, качества которой, например, высокой температуре Кюри (600 К), улучшенной магнитной однородности и узкой линии ферромагнитного резонанса шириной (1,5 г) перспективны для различных применений в спинтронике и СВЧ-электроники.

Introduction

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

Органический основе полупроводниковых ферримагнитная ванадия тетрацианоэтилена (V [TCNE] х, х ~ 2) проявляет при комнатной температуре магнитное упорядочение и обещает преимущества органических материалов для магнитоэлектронных приложений, таких как гибкость, низкой себестоимостью, и химической перестройки частоты. Предыдущие исследования показали, функциональность в устройствах спинтроники, в том числе гибридных органических / неорганических 1,2 и все органические спиновых клапанов 3, и в качестве спиновой поляризатора в качестве активного органического / неорганического полупроводниковой гетероструктуры 4. Кроме того, V [TCNE] х ~ 2 показал обещание для включения в высоких частот электроники из-за его чрезвычайно узкой шириной линии ферромагнитного резонанса 5.

Есть четыре различных методов, которые были созданы для синтеза V [TCNE] х ~ 2 6-9. В [TCNE] х ~ 2 был впервые синтезирован в powdeг в дихлорметане с помощью реакции TCNE и V (C 6 H 6) 6. Эти порошки выставлены первый комнатной температуры магнитного упорядочения наблюдается в органическом основе материала. Тем не менее, порошок форма этого материала чрезвычайно чувствительный к воздействию воздуха, что ограничивает его применение в тонкопленочных устройств. В 2000 году химическое осаждение паров метод (ССЗ) был создан для создания V [TCNE] х ~ 2 тонких пленок 7. Совсем недавно физическое осаждение из паровой фазы (PVD) 8 и отложение молекулярного слоя (MLD) 9 также были использованы для изготовления тонких пленок. Метод PVD требует сверхвысокого вакуума (СВВ) и систему как PVD и методы MLD требует чрезвычайно длительного времени, чтобы выращивать пленки толще, чем 100 нм, в то время как CVD пленки могут быть легко осаждается в толщиной от 30 нм до нескольких микрон. В дополнение к различной толщины, доступных с методом CVD, обширные исследования дали оптимизирован фильмы, которые последовательно показывают высокий Quality магнитные свойства, включая: узкая ферромагнитного резонанса (ФМР) ширины линии (1,5 г), высокой температуры Кюри (600 К), и резкое переключение магнитного 5.

Магнитное упорядочение в V [TCNE] х ~ 2 тонких пленок происходит с помощью нетрадиционной маршрута. Измерения SQUID магнитометрии показать сильное местное магнитное упорядочение, но отсутствие рентгеновских дифракционных пиков и черт просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) 10 Морфология выявить отсутствие дальнего структурного порядка. Тем не менее, расширен рентгеновского поглощения тонкой структуры (EXAFS) изучает 11 показывают, что каждый ион ванадия в октаэдрической согласованный с шестью различными молекул TCNE, что указывает на устойчивую местного структурного порядка с длиной ванадий-азот облигаций 2,084 (5). Магнетизм возникает из антиферромагнитного обменного взаимодействия между неспаренными спинами TCNE - радикальные анионы, которые распространяются по всей TCNE -молекула, и спины на V 2+, ведущие к местному ферримагнитного заказа с T C ~ 600 К для оптимизации фильмов 5. В дополнение к выставке комнатной температуры магнитного упорядочения, V [TCNE] х ~ 2 фильмы полупроводниковых 0,5 эВ запрещенной 12. Другие свойства включают в себя ноты возможное sperimagnetism ниже температуры замерзания ~ 150 К 13,14, аномальной положительной магнетосопротивления 12,15,16 и фото-индуцированного магнетизма 13,17,18.

Метод CVD синтеза V [TCNE] х ~ 2 тонких пленок совместим с различными субстратами из-за низкой температуры (<60 ° C) и конформного осаждения. Предыдущие исследования показали, успешное отложение V [TCNE] х ~ 2 на жестких и гибких подложках 7. Кроме того, этот метод осаждения поддается тюнингу путем модификации предшественников и грowth параметры. 19-22 В то время как протокол показано здесь дает наиболее оптимальные на сегодняшний день фильмы, значительный прогресс был достигнут в улучшении некоторых свойств пленки после открытия этого метода и дальнейшее повышение может оказаться невозможным.

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. Синтез и подготовка исходных веществ

  1. Получение [Et 4 N] [В (CO) 6] 23
    1. В перчаточной камере азота, сократить 1,88 г металлического натри в ~ 40 штук и смешать с 14,84 г антрацена в 320 мл безводного тетрагидрофурана (ТГФ) в 1-литровую трехгорлую круглодонную колбу.
      ВНИМАНИЕ: Оба металла натрия и тетрагидрофуран являются легковоспламеняющимися.
    2. Раствор перемешивают в течение 4,5 ч при комнатной температуре в атмосфере азота до темно-синего раствора НАК 14 H 10 формируется.
    3. Охлаждают раствор до 0 ° С.
    4. В перчаточной камере азота, подготовить розово-красный раствор VCL 3 (ТГФ) 3 добавлением 400 мл безводного ТГФ в 7,48 г VCl 3 (ТГФ) 3 в 500 мл круглодонную колбу и перемешивают при комнатной температуре в течение 1 часа.
    5. Удалить розовый-красный раствор VCL 3 (ТГФ) 3 из перчаточного бокса и охлаждают до 0 ° С в течение 20 мин. Трансфер в предыдущем Солуние NaC 14 H 10 с помощью канюли в атмосфере азота. Однородной темно-фиолетового раствора образуется сразу же после завершения добавления.
    6. Удалить из азота и перемешивают в течение 15 ч. Медленно нагреться до комнатной температуры, поместив колбу в ведерке со льдом позволяет лед таять O / N.
    7. Охлаждают раствор снова до 0 ° С и заполнить реакционную колбу с монооксидом углерода. Решение будет меняться от темно-фиолетового до желто-коричневого цвета в течение нескольких минут.
      ВНИМАНИЕ: Угарный газ очень токсичен. Этот шаг не должен выполняться один и окись углерода сигнализации должны быть установлены в лаборатории.
    8. Раствор перемешивают в атмосфере монооксида углерода при 0 ° С в течение 15 ч и затем медленно нагреваться до комнатной температуры.
    9. Удалить все, но 200 мл ТГФ под вакуумом. Добавить 500 мл O 2 свободной воды при перемешивании раствора. В (CO) 6 легко окисляется и присутствие O 2 приведет к низкому выходу.
    10. Фильтр результатежелтую суспензию в растворе, содержащем 20,8 г бромида тетраэтиламмония (Et 4 NBR) в 200 мл H 2 O.
    11. Вымойте фильтре O 2 свободной воды, пока она не станет бесцветным.
    12. Фильтр затем полученную суспензию [Et 4 N] [V (CO) 6] вакуумной фильтрацией и сушат под вакуумом.
    13. Магазин [Et 4 N] [V (CO) 6] в перчаточной камере морозильника для будущего использования.
  2. Подготовка V (CO) 6 23
    1. Смажьте точки подключения для вакуумной адаптер с краном, стекло с двусторонним соединительной трубки и холодной палец. Поместите холодный палец в центр шеи и вакуумный адаптер с краном в третьем открытия.
    2. В аргоновой перчаточном боксе, смешать 100 мг [Et 4 N] [V (CO) 6] с 1 г фосфорной кислоты в круглодонную колбу, содержащую магнитную мешалку.
    3. Подключение круглодонную колбу с трехгорлую круглодонную колбу на стекло с помощью двухсторонней подключения ванные в аргоновой перчаточного ящика.
    4. Удалить запечатанный системы колбу с вещевым ящиком и установить в химической капотом.
    5. Добавить метанола в холодном пальце и перемешать с лопаточкой-при добавлении жидкого азота до метанола не заморожен. Откачка системы, открыв кран с вакуумной линией, пока давление не достигнет 5 × 10 -2 Торр.
    6. Погрузите круглодонную колбу в наборе масляной бане до 45 ° С и включите перемешивании магнитной мешалкой. После того, как реакция начинается, фосфорная кислота будет таять и черно-синий порошок конденсируется на холодном пальце.
    7. Открыть вакуумный трубопровод, когда черный порошок конденсируется на круглодонную колбу вместо холодном пальце, потому что давление слишком высокое. Перед закрытием снова Насос системы обратно в 5 х 10 -2 Торр.
    8. Поворот реакционную колбу при необходимости, чтобы смешать все реагенты.
    9. Разрешить реакция будет продолжаться до оставшийся остаток в круглодонную колбу не бело-серый и больше не пузырится.
    10. Налейте медные шарики в холодный безопасный контейнер и охладить жидким азотом.
    11. Извлеките метанола из холодного пальца с помощью микропипетки. Налейте охлажденные медные гранулы в холодном пальце, чтобы держать его холодно во время передачи в перчаточный ящик.
    12. Протрите нефть и конденсат из системы колбу перед передачей в аргоновой перчаточного ящика.
    13. Внутри перчаточного ящика, снимите палец холодный из системы колбы и использовать шпатель, чтобы скоблить черный V (CO) 6 порошок на кусок бумаги весом.
    14. Магазин В (CO) 6 в бутылке в атмосфере аргона и держать ниже комнатной температуры.
  3. Очистка TCNE сублимацией
    1. Купить в продаже тетрацианоэтиленом (TCNE) и магазин в химической холодильник.
    2. Смешайте ~ 5 г TCNE с ~ 0,5 г активированного угля и измельчить с помощью ступки и пестика.
    3. Поместите TCNE / углерода смесь в стеклянную лодке или завернуть в деликатных задач салфеток и поставить в нижней частиКолба с вакуумной линией.
    4. Поместите холодный палец в верхней части колбы и герметизации двух частей вместе с зажимом.
    5. Добавить метанола в холодном пальце и перемешать с лопаточкой-при добавлении жидкого азота до метанола не заморожен. Поместите нижнюю колбу, содержащую TCNE в масляную баню, нагретую до 70 ° С.
    6. Откройте вакуумную линию, чтобы достичь давления 10 -4 Торр, а затем закрыть вакуумную линию.
    7. Иногда открыть вакуумную линию, чтобы поддерживать давление. TCNE конденсируется на холодном пальце, как начинается сублимация. После не более TCNE не накапливается на холодном пальце сублимации закончена.
    8. Извлеките метанола из холодного пальца с помощью микропипетки.
    9. Протрите нефть и конденсат из системы колбу перед передачей в аргоновой перчаточного ящика.
    10. Внутри перчаточного ящика, снимите палец холодный из системы колбы и использовать шпатель, чтобы скоблить TCNE порошок на кусок бумаги весом.
    11. Стоповторно очищенного TCNE в холодильнике ниже комнатной температуре в инертной атмосфере.

2. Установите Deposition системы внутри перчаточного ящика Аргон

  1. Собирают реактор внутри аргона перчаточном боксе, как показано на фиг.1А.
    1. Настройка соединения с вакуумным насосом.
    2. Настройка соединения газового потока путем подключения 3-ходовой кран между расходомером и двух линий, подключенных к микрометра клапаны.
    3. Слайд стекло нагреватель катушки вокруг реактора (часть А, 1В).
    4. Оберните стекло с политетрафторэтилена (ПТФЭ) нить ленты печатью.
    5. Нажмите стекле примерно 10 см от правой стороны реактора, часть А.
    6. Поместите уплотнительное кольцо на части В и скользить в правой части реактора. Присоединяйтесь две части вместе с зажимом.
    7. Приложите вакуумную линию к нижней связи на части А и прикрепить датчик к началу связи.
    8. Поставьте заливку лодкеред очищенной TCNE в части С ближе к концу, так что TCNE будет сидеть в горячей части реактора.
    9. Смажьте соединение части С и сдвиньте его в левой части реактора.
    10. Смажьте обе стороны Т-лодки, наполненной V (CO) 6 и слайд в правом конце части В.
    11. Подключите каждый микрометр клапан. Один должен быть подключен к правой стороне Т-лодки, а другой с левой стороны части С и зажим и на месте.
    12. Провести тест осаждения чтобы определить, где зона реакции расположена.
  2. Депозит V [TCNE] х ~ 2 на подложках
    1. Установите температуру нагревательного реакцию катушки таким образом, что зона реакции устанавливается на значение вблизи 46 ° С при измерении на дне реактора и области лодки TCNE рядом 75 ° С. Установка температуры в бане с силиконовым маслом до 10 ° С. Разрешить температуры для стабилизации, по крайней мере 30 мин.
    2. Слайд стекло нагреватель ИСПл вокруг реактора (часть А, 1А).
    3. Оберните стекло с политетрафторэтилена (ПТФЭ) нить ленты печатью. Упорядочить образцы на вершине крытой горкой в ​​течение двух-дюймовым пространстве.
    4. Нажмите на предметное стекло в реактор так, образцы находятся в зоне реакции. Образцы альтернативно может быть установлен непосредственно на дне реактора, хотя реакционная зона может быть смещен без предметное стекло.
    5. Поместите уплотнительное кольцо на части В и скользить в правой части реактора. Присоединяйтесь две части вместе с зажимом.
    6. Приложите вакуумную линию к нижней связи на части А и прикрепить датчик к началу связи.
    7. Положите 50 мг TCNE в лодке TCNE и 5 мг V (CO) 6 в Т-лодки (эти величины являются подходящими для 75-90 мин осаждения).
    8. Слайд лодку TCNE в части С в конце, так что TCNE будет сидеть в горячей части реактора, которая должна быть около 75 ° С.
    9. > Смажьте соединение части С и сдвиньте его в левой части реактора.
    10. Смажьте обе стороны Т-лодки и слайд в правом конце части В.
    11. Слайд линию потока на правой стороне Т-лодки и левой сторон части С и зажим на месте. Собраны настройки должна напоминать рисунок 1А.
    12. Поднимите масляную ванну, чтобы покрыть всю нижнюю часть Т-лодки.
    13. Откройте вакуумную линию, чтобы достичь давления 30-35 мм рт.
    14. Установите расход к 56 SCCM для V (CO) 6 и 84 SCCM для TCNE. Реакционную следует немедленно начать с зеленоватым материал конденсации на стенках реакционной зоны.
    15. Разрешить реакции протекать в течение желаемого промежутка времени. Толщина тонкой пленки на основе времени реакции и расположение внутри реактора, как показано на рисунке 2.
    16. Чтобы остановить реакцию, близкую вакуумную линию и выключите обогреватель и масляную ванну.
ove_title "> 3. Очистите

  1. Возьмем, кроме системы в любом порядке.
  2. Замочите все посуду, кроме нагревателя катушки в базовой растворе ванны, по крайней мере 1-2 часов.
  3. Промыть посуду с водой и сухой в духовке.

Фигура 1
Рисунок 1. () Полностью собранный на заказ химического осаждения из паровой фазы (CVD) системы. (Б) увеличенный вид компонентов для системы CVD. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2
Рисунок 2. (А) вид сверху подложки в реакторе, показывающие их расположение. (В) ПриблизительныйТолщина пленки, как функцию положения внутри трубы реактора, часть А из рис 1B для осаждения 75 мин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

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

Первый и самый простой способ для определения, если осаждение успешно это делать визуальный осмотр фильмов. Фильм должен появиться темно-фиолетовый с зеркальной полировкой, что является однородным по подложек. Если есть пятна на поверхности подложки, где нет V [TCNE] х ~ 2 или светлее по цвету, то это, вероятно, из-за присутствия растворителей или других примесей на поверхности подложки. Кроме того фильм должен быть непрозрачным. Если тонкая пленка не был нанесен в течение короткого промежутка времени только несколько минут, полупрозрачные пленки часто означает, что, возможно, было проблемой с расходом предшественников во время осаждения.

Важно отметить, что в дополнение к неоптимальных условиях роста, атмосферное воздействие может ухудшить фильм, который может привести в фильмах, чьи качества по всей видимости, будет менее благоприятным,; Поэтому важно, чтобы предотвратить воздействие кислорода при транспортировке и measurinг образцы для анализа. Транспортировка образца вне перчаточного ящика требуется инкапсуляции фильма с материалами, такими как эпоксидные 24 или 25 или парилена ограждающих образца в специально разработанных банок, которые соответствуют инструмент измерения 4. Локальная структура и состав пленок можно охарактеризовать с помощью рентгеновской фотоэмиссии (XPS) и преобразование Фурье ИК-спектроскопии (FTIR).

Магнитные свойства могут быть измерены с помощью СКВИД-магнитометра. Оптимизированные фильмы получением экстраполировать температуры Кюри (T C) вокруг 500-600 К. Due заснять срыв выше РТ, значение Т С извлекается из намагниченности в сравнении с измерением температуры, например, показанной на рисунке 3А. Это измерение выполняется в квантовой Design СКВИД-магнитометра с приложенным полем 100 Э. Наличие большого расщепления в нулевом поле охлаждением (ZFC) и полевые охлаждением (FC) значения намагниченности при низкихТемпература доказательства изоляции местных спиновых сред и больше присутствие в более низкого качества фильмов. Т С пленок могут быть извлечены путем установки значения намагниченности выше пика к закону Блоха

М ы (Т) = М с (0) (1 - ВТ 3/2),

где M S является намагниченность насыщения и Б Место параметр. Для данных, показанных на фигуре 3А это нужным дает T C 600 К.

В дополнение к характеризующий магнитное ответ на температуру, намагниченность в зависимости от приложенного поля также могут быть измерены в результате чего петли гистерезиса, как показано на фиг.3В. Для получения оптимального пленок переключение намагниченности острый, достижения насыщения на 100 э. Коэрцитивная должна быть около 20 Э при 300 К.

Ferromagnetic резонанса (ФМР) исследования ключ метод выявления успешного роста пленки. Наличие единого узкого пика в ФМР измерений убедительные доказательства идеального роста. Лучшие фильмы имеют полную ширину на половине максимума (FWHM) ширина линии порядка 1-2 G. Измерения резонансной субоптимальном роста приведет в спектре, который показывает несколько возможностей резонанс на некоторых или всех углов поворота. Рисунок 4 показывает ФМР спектр идеального фильма под различными углами прикладного микроволновой печью и полей постоянного тока, вращающихся с в плоскости (90 °), чтобы вне плоскости (0 °) при 300 K с прикладной СВЧ 9,85 ГГц. Образцы нормализовали к ответственности за изменением величины интенсивности из-за условий полости.

Электрические свойства пленок могут быть охарактеризованы с помощью измерений переноса. Простейшей геометрии измерения является измерение двух зонда для измерения тока как функции тщество для различных температур. показывает пленку, осажденную на стекле с 30 нм из Al и 40 нм Au верхних контактов, созданных термическим испарением. Электрический контакт осуществляется через индия прессе в пользовательский воздухонепроницаемой шайбой для системы Quantum Design измерения физических свойств (ПМП). Вольт-амперные (IV) измерения выполняются с использованием Keithley 2400 sourcemeter. Эти измерения показывают, Омическая IV характеристики при всех температурах с сопротивлением, который увеличивается с понижением температуры, как показано на рисунке 5B. Зависимые данные сопротивления температуры могут быть в форме к уравнению Аррениуса

R = R 0 е -E / к Б Т,

чтобы извлечь энергию активации Е, ~ 0,50 эВ. Это значение представляет собой энергию запрещенной зоны в электронной структуре этого полупроводникового материала 12.


Рисунок 3. () поле охлаждением (кружки) и нулевой поле охлаждением (заполненные кружки) намагниченность в зависимости от температуры с приложенного магнитного поля 100 э. Сплошная черная линия является нужным используется для извлечь T C 600 К. (B) намагниченности в сравнении с поля, измеренного при 300 К. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. Температура в помещении ФМР спектры как функция угла от в плоскости (90 °), чтобы вне плоскости (0 °). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большие версионный этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5. () Схема структуры образца транспортное образца. (B) значения сопротивления извлекается из измерений вольтамперных показанных на вставке для температур от 150 К до 300 К. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

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

Основные параметры для V [TCNE] х ~ 2 осаждения включают в себя температуру, поток газа-носителя, давление, и соотношение прекурсоров. Из-за химического осаждения из паровой настройки не является коммерчески доступных эти параметры должны быть оптимизированы для каждой системы. Предыдущее исследование по Шима и др. Показали, что температура имеет наибольшее влияние на скорость сублимации TCNE предшественника 26. Температура может быть изменена как в значении, установленном на контроллере температуры, а также внесения изменений в расстояние между витками проволоки на катушке отопления и как таковой необходимо будет калибровать для каждой системы. Калибровка температуры выполняется путем измерения внутри реактора до полного сборке системы для осаждения. Важно, чтобы разместить лодку TCNE в жаркий зоне реактора при температуре около 75 ° С.

Следующим наиболее важным параметром является поток газа-носителя. Скорость потока газа-носителяДля TCNE должна быть выше, чем для V (CO) 6. Рекомендуемые скорости потока 56 SCCM для V (CO) 6 и до 84 SCCM для TCNE, и важно, чтобы следить за этими расхода во время осаждения для обеспечения стабильности (частота дискретизации примерно 10 мин, как правило, достаточно).

Если давление выше 35 мм рт.ст. реакция, скорее всего, не происходит. Если давление высокое, и реакция не началась (нет V [TCNE] х ~ 2 появляется) имеется вероятность утечки в системе. Большая утечка означает, что система не будет качать вниз на всех, но если есть небольшая утечка система может достигать 40-50 мм рт. Первое место, чтобы проверить на герметичность вовсе из стеклянной посудой соединений. Чаще всего, вакуумной смазки на поточных линиях могут испачкать и должна быть уничтожена в чистоте и заменить. В дополнение к утечкам, проблемы давления может быть вызвано нечистым стеклотары или в присутствии таких примесей, что дегазация внутри камеры. Для этогоПоэтому важно тщательно рассмотреть любые материалы, размещенные в реакционной камере.

В дополнение к оптимизации параметров реакции, обработка поверхности подложки является критическим для хорошего роста пленки. В [TCNE] х ~ 2 может быть нанесен на разнообразных субстратах, но поверхность должна быть чистой и свободной от остаточных растворителей. Даже прикосновение к поверхности подложки с помощью пинцета могут загрязнять их. Кроме того, образцы, которые были обработаны, могут потребоваться дополнительные стадии очистки. Например, для нанесения V [TCNE] х ~ 2 на фоторезиста, фоторезиста должны были выпекали в течение достаточно долго, чтобы удалить все следы растворителей. Кроме того, для нанесения V [TCNE] х ~ 2 на химически обработанной поверхности, такой как самоорганизующейся монослое может потребовать химических веществ класса полупроводниковых для обработки.

CVD-выращенных пленок V [TCNE] х ~ 2 идеально подходят для Incorpречь в приборных структур; Однако существует ограниченное обработки, что может быть сделано в V [TCNE] х ~ 2 фильма, потому что они чувствительны к воздействию растворителей, воды, воздуха, и при высоких температурах. В [TCNE] х ~ 2 пленки могут быть теневые масках для тепловых, электронным пучком, или нанесение напылением или других органических металлов. Различные методы инкапсуляции может быть использован для транспортировки образцов с V [TCNE] х ~ 2 измерительных инструментов, но задача для работы с этим материалом. Тем не менее, эта трудность также общие для других органических устройств, таких как органические светоизлучающие диоды (OLED), так что есть значительное количество работы по методам инкапсуляции 27-29.

Помимо возможности для роста фильмы V [TCNE] х ~ 2 для различных приложений, этот метод химического осаждения из паровой подходит для химической перестройки частоты и разведки других видов органических тонких пленок, таких как V [MeTCEC]30. Этот метод дает возможность создать тонкий слой органического магнит толщиной от нескольких десятков нанометров до нескольких микрометров для приложений из устройствах спинтроники микроволновых приложений и за ее пределами.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана NSF грант № DMR-1207243, программы NSF MRSEC (DMR-0820414), Министерство энергетики грант № DE-FG02-03ER46054 и ОГУ-институт исследования материалов. Авторы признают, лаборатория наносистем Университете штата Огайо, и техническую помощь от CY Kao и CY Чен.

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).
Химическое осаждение из органической Магнит, ванадия тетрацианоэтиленом
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