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Chemistry

Deposición de vapor químico de un imán Orgánica, vanadio tetracianoetileno

doi: 10.3791/52891 Published: July 3, 2015

Summary

Presentamos la síntesis de la tetracianoetileno vanadio ferrimagnet de base orgánica (V [TCNE] x, x ~ 2) por medio de baja temperatura de deposición química de vapor (CVD). Esta receta optimizada produce un aumento de la temperatura de Curie desde 400 K a más de 600 K y una mejora dramática en las propiedades de resonancia magnética.

Abstract

Los recientes avances en el campo de los materiales orgánicos ha producido dispositivos tales como diodos emisores de luz orgánicos (OLED) que tienen ventajas que no se encuentran en los materiales tradicionales, incluyendo bajo costo y flexibilidad mecánica. En una vena similar, sería ventajoso para ampliar el uso de los compuestos orgánicos en la electrónica de alta frecuencia y la electrónica basada en espín. Este trabajo presenta un proceso sintético para el crecimiento de películas delgadas de la ferrimagnet orgánica temperatura ambiente, tetracianoetileno vanadio (V [TCNE] x, x ~ 2) por la baja temperatura de deposición química de vapor (CVD). La película delgada se cultiva a <60 ° C, y puede acomodar una amplia variedad de sustratos incluyendo, pero no limitado a, silicio, vidrio, teflón y sustratos flexibles. La deposición de conformación es propicio para pre-modelado y estructuras tridimensionales también. Además, esta técnica puede producir películas con espesores que van desde 30 nm a varios micrómetros. Los recientes progresosen la optimización del crecimiento de la película crea una película cuyas cualidades, como la más alta temperatura de Curie (600 K), la mejora de la homogeneidad magnética y resonancia ferromagnética línea de ancho estrecho (1,5 G) son prometedores para una variedad de aplicaciones en espintrónica y la electrónica de microondas.

Introduction

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El tetracianoetileno vanadio semiconductor ferrimagnetic de base orgánica (V [TCNE] x, x ~ 2) exposiciones temperatura ambiente ordenamiento magnético y promete las ventajas de los materiales orgánicos para aplicaciones magnetoelectrónicas, tales como la flexibilidad, la producción de bajo costo, y tunability química. Estudios previos han demostrado la funcionalidad en dispositivos espintrónicos, incluyendo válvulas de espín orgánico / inorgánico 1,2 y todo-orgánicos híbridos 3, y como un polarizador giro en una orgánico / inorgánico heteroestructura semiconductora activa 4. Además, V [TCNE] x ~ 2 ha demostrado promesa para su inclusión en la electrónica de alta frecuencia debido a su extremadamente estrecha anchura de línea de resonancia ferromagnética 5.

Hay cuatro métodos diferentes que se han establecido para sintetizar V [TCNE] x sim 2 6-9. V [TCNE] x ~ 2 se sintetizó por primera vez como powder en diclorometano través de la reacción de TCNE y V (C 6 H 6) 6. Estos polvos exhiben la primera ordenamiento magnético temperatura ambiente observada en un material de base orgánica. Sin embargo, la forma de polvo de este material es extremadamente sensible al aire, lo que limita su aplicación en dispositivos de película delgada. En 2000, un método de deposición química de vapor (CVD) se estableció para la creación de V [TCNE] x ~ 2 películas delgadas 7. Más recientemente deposición física de vapor (PVD) 8 y la deposición de capa molecular (MLD) 9 también se han utilizado para fabricar películas delgadas. El método PVD requiere un sistema de ultra-alto vacío (UHV) y ambos PVD y métodos MLD requieren tiempos extremadamente largos para crecer películas más gruesas que 100 nm, mientras que las películas de ECV fácilmente pueden ser depositados en espesores que van desde 30 nm hasta varias micras. Además de la variedad de grosores disponibles con el método CVD, estudios extensos han producido películas que muestran consistentemente alta q optimizadouality propiedades magnéticas que incluyen: la resonancia ferromagnética estrecha (FMR) anchura de línea (1,5 G), alta temperatura de Curie (600 K), y aguda magnética de conmutación 5.

Ordenamiento magnético en V [TCNE] x ~ 2 películas delgadas procede a través de una vía no convencional. Mediciones magnetometría SQUID muestran un fuerte ordenamiento magnético local, pero la ausencia de picos de difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión de rasgos (TEM) 10 morfología revelan una falta de largo alcance orden estructural. Sin embargo, la absorción de rayos X extendida de estructura fina (EXAFS) estudia 11 muestran que cada ion de vanadio se octaédricamente coordinado con seis moléculas TCNE diferentes, lo que indica un orden estructural local de robusto con una longitud de enlace de vanadio-nitrógeno de 2,084 (5) Å. Magnetismo surge de un acoplamiento de intercambio antiferromagnético entre los espines desapareados del TCNE - aniones radicales, que se distribuyen en todo el TCNE -molécula, y los giros en las V 2 + iones, que conducen a una ordenación ferrimagnetic local con T C ~ 600 K para las películas optimizadas 5. Además de exhibir ordenamiento magnético temperatura ambiente, V [TCNE] x ~ 2 películas son semiconductores de banda prohibida de 0,5 eV con 12. Otras propiedades de la nota incluyen posibles sperimagnetism por debajo de una temperatura de congelación de ~ 150 K 13,14, magnetorresistencia positivo anómala 12,15,16 y foto-inducida magnetismo 13,17,18.

El método CVD para sintetizar V [TCNE] x ~ 2 películas delgadas es compatible con una variedad de sustratos debido a la baja temperatura (<60 ° C) y la deposición conformal. Estudios anteriores han demostrado la deposición con éxito de V [TCNE] x ~ 2 en ambos sustratos rígidos y flexibles 7. Además, esta técnica de deposición se presta a la sintonización través de la modificación de los precursores y grparámetros owth. 19-22 Aunque el protocolo que se muestra aquí se obtienen las películas más optimizados hasta la fecha, se han logrado avances significativos en la mejora de algunas de las propiedades de la película desde el descubrimiento de este método y más ganancias pueden ser posibles.

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Protocol

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1. Síntesis y Preparación de precursores

  1. Preparación de [Et 4 N] [V (CO) 6] 23
    1. En una caja de guantes de nitrógeno, cortar 1,88 g de sodio metálico en ~ 40 piezas y mezclar con 14,84 g de antraceno en 320 ml de tetrahidrofurano anhidro (THF) en un 1 L de tres bocas matraz de fondo redondo.
      PRECAUCIÓN: Tanto sodio metálico y tetrahidrofurano son altamente inflamables.
    2. Se agita la solución durante 4,5 horas a TA bajo una atmósfera de nitrógeno hasta que una solución azul profundo de la NAC 14 H 10 se forma.
    3. Se enfría la solución a 0 ° C.
    4. En una caja de guantes de nitrógeno, preparar una solución de color rosa-rojo de VCL 3 (THF) 3 mediante la adición de 400 ml de THF anhidro en 7,48 g de VCl 3 (THF) 3 En un matraz de 500 ml de fondo redondo y se agita a RT durante 1 hr.
    5. Retire la solución de color rosa roja VCl3 (THF) 3 de la guantera y se enfría a 0 ° C durante 20 minutos. Traslado a la solu anteriorción de la NAC 14 H 10 mediante una cánula bajo atmósfera de nitrógeno. Una solución homogénea de color morado oscuro se forma inmediatamente después de que se completó la adición.
    6. Retire del nitrógeno y se agita durante 15 horas. Poco a poco caliente para RT colocando el frasco en el cubo de hielo permitiendo que el hielo se derrita O / N.
    7. Enfriar la solución de nuevo a 0 ° C y llenar el matraz de reacción con monóxido de carbono. La solución cambiará de color morado oscuro a amarillo-marrón en cuestión de minutos.
      PRECAUCIÓN: El monóxido de carbono es altamente tóxico. Este paso no debe realizarse solo y una alarma de monóxido de carbono debe ser instalado en el laboratorio.
    8. Se agita la solución bajo una atmósfera de monóxido de carbono a 0 ° C durante 15 horas y luego calentar lentamente a RT.
    9. Retire todos menos 200 ml de THF al vacío. Añadir 500 ml de O 2 libre de agua mientras se agita la solución. V (CO) 6 se oxida fácilmente y la presencia de O 2 resultará en un bajo rendimiento.
    10. Filtrar el resultantesuspensión de color amarillo en una solución compuesta de 20,8 g de bromuro de tetraetilamonio (Et 4 NBR) en 200 ml de H 2 O.
    11. Se lava la torta de filtración con O 2 agua libre hasta que sea incoloro.
    12. Se filtra la suspensión resultante de [Et 4 N] [V (CO) 6] por filtración al vacío y se seca bajo vacío.
    13. Tienda [Et 4 N] [V (CO) 6] en un congelador guantera para uso futuro.
  2. Preparación de V (CO) 6 23
    1. Engrasar los puntos de conexión para un adaptador de vacío con llave de paso, vidrio de doble vía tubo de conexión, y el frío-dedo. Coloque un dedo frío en la boca central y un adaptador de vacío con llave de paso en la tercera abertura.
    2. En una caja de guantes de argón, la mezcla 100 mg de [Et 4 N] [V (CO) 6] con 1 g de ácido fosfórico en un matraz de fondo redondo que contenía una barra de agitación magnética.
    3. Conectar el matraz de fondo redondo a un matraz de fondo redondo de tres bocas a través de vidrio de dos vías de conexión bañerae en la guantera de argón.
    4. Eliminar el sistema de frasco sellado de la guantera y establecer en la campana química.
    5. Añadir metanol al dedo frío y remover con una espátula mientras que la adición de nitrógeno líquido hasta que se congela metanol. Bombear el sistema abriendo la llave de paso a una línea de vacío hasta que la presión alcanza 5 x 10 -2 Torr.
    6. Sumergir el matraz en un conjunto de baño de aceite a 45 ° C y encienda la agitación magnética. Una vez que comienza la reacción, el ácido fosfórico se fundirá y un polvo negro-azul condensa en el dedo frío.
    7. Abra la línea de vacío cuando un polvo negro se condensa en el matraz de fondo redondo en lugar del dedo frío debido a que la presión es demasiado alta. Bombear el sistema de nuevo a 5 x 10 -2 Torr antes de cerrar de nuevo.
    8. Girar el matraz de reacción según sea necesario para mezclar todos los reactivos.
    9. Permitir que la reacción continúe hasta que el residuo restante en matraz de fondo redondo es de color blanco-gris y ya no burbujeante.
    10. Vierta bolitas de cobre en un recipiente apto para el frío y enfriar con nitrógeno líquido.
    11. Retire el metanol del dedo frío con una micropipeta. Vierta bolitas de cobre refrigerados en el dedo frío para mantenerlo frío durante la transferencia al guantera.
    12. Limpie el aceite y el agua condensada fuera del sistema frasco antes de transferir a una caja de guantes de argón.
    13. En el interior de la guantera, retire el dedo frío desde el sistema de frasco y utilizar una espátula para raspar el negro V (CO) 6 en polvo sobre un trozo de papel de pesada.
    14. Tienda V (CO) 6 en una botella bajo una atmósfera de argón y mantener por debajo de RT.
  3. Purificación de TCNE por sublimación
    1. Compra tetracianoetileno disponible comercialmente (TCNE) y guárdelo en un refrigerador química.
    2. Mezclar ~ 5 g de TCNE con ~ 0,5 g de carbón activado y se muelen con un mortero y mano de mortero.
    3. Coloque la mezcla TCNE / carbono en un barco de vidrio o envolver en toallitas de tareas delicadas y poner en la parte inferior deun frasco con una línea de vacío.
    4. Coloque un dedo frío en la parte superior del matraz y sellar las dos partes juntas con una abrazadera.
    5. Añadir metanol al dedo frío y remover con una espátula mientras que la adición de nitrógeno líquido hasta que se congela metanol. Coloque el fondo del matraz que contiene el TCNE en un baño de aceite calentado a 70 ° C.
    6. Abra la línea de vacío para llegar a una presión de 10 -4 Torr y cierre la línea de vacío.
    7. De vez en cuando abrir la línea de vacío para mantener la presión. TCNE condensa en el dedo frío como empieza la sublimación. Una vez más TCNE acumula en el dedo frío la sublimación está terminado.
    8. Retire el metanol del dedo frío con una micropipeta.
    9. Limpie el aceite y el agua condensada fuera del sistema frasco antes de transferir a una caja de guantes de argón.
    10. En el interior de la guantera, retire el dedo frío desde el sistema de frasco y utilizar una espátula para raspar el polvo TCNE sobre un trozo de papel de pesada.
    11. Store TCNE purificada en un refrigerador por debajo de RT bajo atmósfera inerte.

2. Puesta en funcionamiento del sistema de deposición dentro de una guantera Argon

  1. Montar el reactor dentro de una caja de guantes de argón, como se muestra en la Figura 1A.
    1. Configurar una conexión a una bomba de vacío.
    2. Configure las conexiones de flujo de gas mediante la conexión de una llave de paso de 3 vías entre un medidor de flujo y dos líneas conectadas a micrómetro válvulas.
    3. Deslice la bobina del calentador de cristal alrededor del reactor (parte A, Figura 1B).
    4. Envuelva un portaobjetos de vidrio con cinta de politetrafluoroetileno (PTFE) sello hilo.
    5. Empuje la placa de vidrio de aproximadamente 10 cm desde el lado derecho del reactor, parte A.
    6. Coloque una junta tórica en la Parte B y deslice hacia el lado derecho del reactor. Para unir las dos piezas juntas con una abrazadera.
    7. Adjunte una línea de vacío a la conexión inferior de la parte A y conecte el medidor a la conexión superior.
    8. Coloque un relleno barcoed con TCNE purificada en la parte C cerca del extremo de manera que el TCNE se sentará en la parte más caliente del reactor.
    9. Engrasar la conexión de la parte C y deslícela en el lado izquierdo del reactor.
    10. Engrase ambos lados de la T-barco lleno de V (CO) 6 y se deslizan en el extremo derecho de la parte B.
    11. Conecte cada válvula micrométrica. Uno debe ser conectado al lado derecho de la T-barco y el otro para el lado izquierdo de la parte C y la abrazadera tanto en su lugar.
    12. Ejecutar una prueba para determinar la deposición donde se encuentra la zona de reacción.
  2. Depósito V [TCNE] x ~ 2 sobre sustratos
    1. Establecer la temperatura de la bobina de calentamiento reacción de modo que la zona de reacción se ajusta a un valor de cerca de 46 ° C cuando se mide en la parte inferior del reactor y la zona de la embarcación TCNE es cerca de 75 ° C. Ajuste la temperatura de un baño de aceite de silicona a 10 ° C. Permita que las temperaturas se estabilicen durante al menos 30 minutos.
    2. Deslice el coi calentador de vidriol alrededor del reactor (parte A, Figura 1A).
    3. Envuelva un portaobjetos de vidrio con cinta de politetrafluoroetileno (PTFE) sello hilo. Organizar las muestras en la parte superior de la diapositiva cubierto dentro de un espacio de dos pulgadas.
    4. Empuje el portaobjetos de vidrio en el reactor de modo que las muestras se encuentran en la zona de reacción. Muestras alternativamente se pueden colocar directamente en la parte inferior del reactor, aunque la zona de reacción puede ser desplazada sin un portaobjetos de vidrio.
    5. Coloque una junta tórica en la Parte B y deslice hacia el lado derecho del reactor. Para unir las dos piezas juntas con una abrazadera.
    6. Adjunte una línea de vacío a la conexión inferior de la parte A y conecte el medidor a la conexión superior.
    7. Ponga 50 mg de TCNE en el barco TCNE y 5 mg de V (CO) 6 en el T-barco (estas cantidades son apropiadas para una deposición 75-90 min).
    8. Deslice el barco TCNE en la parte C cerca del final para que el TCNE se sentará en la parte más caliente del reactor, que debe ser de aproximadamente 75 ° C.
    9. > Engrasar la conexión de la parte C y deslícela en el lado izquierdo del reactor.
    10. Engrase ambos lados de la T-barco y caída en el extremo derecho de la parte B.
    11. Deslice la línea de flujo en el lado derecho de la T-barco e izquierda de la parte C y la abrazadera en su lugar. El ensamblado configuración debe ser similar a la figura 1A.
    12. Elevar el baño de aceite para cubrir toda la parte inferior de la T-barco.
    13. Abra la línea de vacío para llegar a una presión de 30 a 35 mmHg.
    14. Ajuste la velocidad de flujo de 56 sccm para la V (CO) 6 y 84 sccm para el TCNE. La reacción debe comenzar inmediatamente con un material verdoso de condensación en la pared de la zona de reacción.
    15. Permitir la reacción de proceder para la longitud de tiempo deseado. El espesor de la película delgada se basa en el tiempo de reacción y la ubicación dentro del reactor, como se muestra en la Figura 2.
    16. Para detener el, cerca de la línea de vacío de reacción y apagar el calentador y baño de aceite.
ove_title "> 3. Limpiar

  1. Desmontar el sistema en cualquier orden.
  2. Remoje todo el material de vidrio, excepto la bobina del calentador en un baño de solución de base durante al menos 1-2 horas.
  3. Enjuague la cristalería con agua y secar en un horno.

Figura 1
Figura 1. (A) Totalmente montado deposición de vapor químico de encargo (ECV) del sistema. (B) Vista ampliada de los componentes para el sistema de ECV. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. (A) Una vista superior de los sustratos en el reactor que muestran su ubicación. (B) Aproximadoespesor de la película en función de la posición en el interior del tubo del reactor, la parte A de la Figura 1B para un depósito de 75 min. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Representative Results

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El primero y el método más fácil para determinar si una declaración es un éxito es hacer una inspección visual de las películas. La película debería aparecer de color púrpura oscuro con un acabado de espejo que es uniforme en todos los sustratos. Si hay manchas en la superficie del sustrato donde no hay V [TCNE] x ~ 2 o es de color más claro, entonces esto es probablemente debido a la presencia de disolventes u otras impurezas en la superficie del sustrato. Además, la película debe ser opaco. A menos que una película delgada se depositó en un lapso de tiempo corto de sólo unos pocos minutos, películas translúcidas a menudo significa que puede haber habido un problema con la velocidad de flujo de los precursores durante la deposición.

Es importante tener en cuenta que, además de las condiciones de crecimiento sub-óptimo, la exposición atmosférica puede degradar la película que puede resultar en películas cuyas cualidades parecen ser menos favorable; por lo tanto, es esencial para evitar la exposición al oxígeno durante el transporte y measuring de las muestras para su análisis. Transporte de la muestra fuera de la guantera requiere encapsulación de la película con materiales tales como epoxi 24 o 25 parileno o encierra la muestra en latas de diseño personalizado que se ajustan a la herramienta de medición 4. Local estructura y composición de la película se pueden caracterizar mediante espectroscopia de fotoemisión de rayos X (XPS) y la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR).

Las propiedades magnéticas se pueden medir utilizando un magnetómetro SQUID. Películas optimizados dan una temperatura de Curie extrapolado (T C) alrededor de 500-600 K. Debido a la película desglose por encima de RT, el valor de T C se extrae de una magnetización frente a la medición de temperatura, tales como la que se muestra en la Figura 3A. Esta medición se realizó en un Quantum Design SQUID magnetómetro con un campo aplicado de 100 Oe. La presencia de una gran división del campo cero enfrió (ZFC) y (FC) los valores de magnetización de campo refrigerado a bajala temperatura es una prueba de aislamiento de los entornos locales y de espín es una mayor presencia en las películas de menor calidad. El T C de las películas se puede extraer mediante el ajuste de los valores de magnetización por encima del pico a la ley Bloch

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

donde M S es la magnetización de saturación y B es un parámetro de ajuste. Para los datos mostrados en la Figura 3A esta forma se obtiene un T C de 600 K.

Además de la caracterización de la respuesta magnética a la temperatura, la magnetización en función del campo aplicado puede medirse también resulta en un bucle de histéresis como el que se muestra en la Figura 3B. Para las películas optimizados la conmutación de la magnetización es fuerte, el logro de la saturación por 100 Oe. La coercitividad debe ser aproximadamente 20 Oe a 300 K.

Fresonancia erromagnetic (FMR) los estudios son una técnica clave para la identificación de crecimiento de la película de éxito. La presencia de un único pico estrecho en la medición FMR es una fuerte evidencia de un crecimiento ideal. Las mejores películas tienen anchura total a la mitad del máximo (FWHM) linewidth del orden de 1-2 G. Las mediciones de crecimiento sub-óptima de resonancia se traducirá en un espectro que muestra múltiples características de resonancia en algunos o en todos los ángulos de rotación. La Figura 4 muestra el espectro FMR de una película ideal en varios ángulos de la de microondas aplicada y campos de corriente continua, la rotación en el plano de (90 °) a-fuera del plano (0 °) a 300 K con una frecuencia de microondas aplicada de 9,85 GHz. Las muestras se normalizaron para tener en cuenta la variación en la magnitud de la intensidad debido a las condiciones de la cavidad.

Propiedades eléctricas de las películas se pueden caracterizar a través de mediciones de transporte. La geometría de medición más simple es una medición de dos sonda para medir la corriente como una función de volTage para varias temperaturas. La Figura 5A muestra una película depositada sobre vidrio con 30 nm de Al y 40 nm de los mejores contactos Au creados por evaporación térmica. El contacto eléctrico se hace a través de indio de prensa para un disco hermético personalizado para un sistema de medición de propiedades físicas Quantum Design (PMP). (IV) las mediciones de tensión y corriente se realizan utilizando un SourceMeter Keithley 2400. Estas mediciones revelan características óhmico IV en todas las temperaturas con resistencia que aumenta con la disminución de la temperatura como se muestra en la Figura 5B. Los datos de resistencia dependientes de la temperatura pueden estar en forma de una ecuación de Arrhenius

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

para extraer una energía de activación, E a ~ 0,50 eV. Este valor representa la energía de intervalo de banda en la estructura electrónica para este material semiconductor 12.


Figura 3. (A) Campo enfrió (círculos abiertos) y se enfrió campo cero (círculos rellenos) magnetización frente a la temperatura con un campo magnético aplicado de 100 Oe. Línea de negro sólido es un ajuste utilizado para extraer T C de 600 K. (B) Magnetización frente campo medido a 300 K. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4. Temperatura Ambiente FMR espectros en función del ángulo desde dentro del plano (90 °) para fuera de plano (0 °). Haga clic aquí para conocer el vers más grandesión de esta figura.

Figura 5
Figura 5. (A) Esquema de la estructura de la muestra para la muestra del transporte. (B) Los valores de resistencia extraídos de las mediciones de corriente-tensión que se muestran en el recuadro de temperaturas de 150 K a 300 K. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

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Los parámetros clave para V [TCNE] x ~ 2 deposición incluyen la temperatura, el flujo de gas portador, la presión, y la relación de los precursores. Debido a que la deposición de vapor químico configuración no está disponible comercialmente tendrán que ser optimizado para cada sistema de estos parámetros. Un estudio anterior de Shima et al. Revelaron que la temperatura tiene el mayor impacto en la tasa de sublimación del precursor TCNE 26. La temperatura puede ser modificado tanto por el valor establecido en el controlador de temperatura y también haciendo ajustes a la separación de alambre en la bobina de calentamiento y como tal tendrá que ser calibrado para cada sistema. Calibración de la temperatura se realiza mediante la medición en el interior del reactor antes de ensamblar completamente el sistema para la deposición. Es importante colocar el barco TCNE en la zona más caliente del reactor a una temperatura cerca de 75 ° C.

El siguiente parámetro más importante es el flujo de gas portador. La tasa de flujo del gas portadorpara la TCNE debe ser mayor que el de V (CO) 6. Los caudales recomendados son 56 sccm para el V (CO) 6 y 84 sccm para la TCNE, y es importante para monitorear estas velocidades de flujo durante la deposición para asegurar la estabilidad (una frecuencia de muestreo de aproximadamente 10 min es normalmente suficiente).

Si la presión está por encima de 35 mmHg probable es que no se producirá la reacción. Si la presión es alta y la reacción no se ha iniciado (no hay V [TCNE] x ~ 2 que aparece) es probable una fuga en el sistema. Una fuga grande significa que el sistema no va a bombear hacia abajo a todos, pero si hay una pequeña fuga el sistema puede llegar a 40-50 mmHg. El primer lugar para comprobar si hay fugas está en todas las conexiones de la cristalería. Por lo general, la grasa de vacío de las líneas de flujo puede ensuciarse y necesita ser limpiado y reemplazado. Además de fugas, problemas de presión pueden ser causados ​​por material de vidrio sucio o la presencia de contaminantes que desgasificación dentro de la cámara. Para estorazón, es importante considerar cuidadosamente cualquier material colocado dentro de la cámara de reacción.

Además de la optimización de los parámetros de la reacción, el tratamiento superficial de sustratos es crítica para un buen crecimiento de la película. V [TCNE] x ~ 2 se puede depositar sobre una amplia variedad de sustratos, pero la superficie debe estar limpia y libre de disolventes residuales. Incluso las superficies de sustrato tocar con pinzas pueden contaminarlos. También, las muestras que han sido procesados ​​pueden requerir pasos adicionales de limpieza. Por ejemplo, para depositar V [TCNE] x ~ 2 en fotoprotector, la fotoprotección debe haber sido al horno durante el tiempo suficiente para eliminar cualquier rastro de disolventes. Además, para la deposición de V [TCNE] x ~ 2 sobre una superficie químicamente procesado, tal como una capa monomolecular auto-ensamblado puede requerir productos químicos de calidad para el procesamiento de semiconductores.

Películas CVD-crecido de V [TCNE] x ~ 2 son ideales para incorporación en estructuras de dispositivos; sin embargo hay procesamiento limitada que se puede hacer para las V [TCNE] x ~ 2 películas porque son sensibles a los solventes, agua, aire y las altas temperaturas. V [TCNE] x ~ 2 películas puede ser enmascarada por shadow, e-beam térmica, o la deposición catódica de otros compuestos orgánicos o metales. Varias técnicas de encapsulación pueden ser utilizados para el transporte de muestras con V [TCNE] x ~ 2 a herramientas de medición, pero es un desafío para trabajar con este material. Sin embargo, esta dificultad es también común para otros dispositivos orgánicos, tales como diodos emisores de luz orgánicos (OLED), así que hay un importante cuerpo de trabajo sobre técnicas de encapsulación 27-29.

Más allá de la capacidad de crecer películas de V [TCNE] x ~ 2 para muchas aplicaciones diferentes, este método de deposición química de vapor es adecuado para tunability química y la exploración de otros tipos de películas delgadas orgánicas, tales como V [MeTCEC]30. Esta técnica proporciona la capacidad de crear una película delgada orgánica imán en un espesor que oscila desde unas pocas decenas de nanómetros a varios micrómetros para aplicaciones de dispositivos espintrónicos a aplicaciones de microondas y más allá.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por NSF subvención No. DMR-1207243, el programa NSF MRSEC (DMR-0820414), DOE Subvención No. DE-FG02-03ER46054 y la OSU-Instituto de Investigación de Materiales. Los autores reconocen el Laboratorio NanoSystems de la Universidad Estatal de Ohio, y la asistencia técnica de CY Kao y 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Deposición de vapor químico de un imán Orgánica, vanadio 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

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