Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

Bir Organik Magnet CVD, Vanadyum Tetracyanoethylene

doi: 10.3791/52891 Published: July 3, 2015

Summary

Organik bazlı ferrimagnet vanadyum tetracyanoethylene sentezini mevcut (V [TCNE] X, X ~ 2) düşük sıcaklık, kimyasal buhar biriktirme (CVD) yoluyla. Bu optimize tarifi K 600 400 K dan Curie sıcaklığının artış ve manyetik rezonans özellikleri dramatik bir iyileşme elde edilir.

Abstract

Organik malzemeler alanında son gelişmeler gibi organik ışık yayan diyotlar düşük maliyet ve mekanik esneklik gibi geleneksel malzemelerle, bulunmayan avantajlara sahip (OLED) gibi cihazları vermiştir. Benzer şekilde, yüksek frekanslı elektronik ve spin-tabanlı elektronik içine organik maddelerin kullanımını yaygınlaştırmak için avantajlı olacaktır. Bu çalışma, oda sıcaklığında bir organik ferrimagnet ince filmlerin büyümesi için sentetik bir işlem sunulur, vanadyum tetracyanoethylene (V [TCNE] X, X ~ 2) düşük sıcaklık, kimyasal buhar biriktirme (CVD) ile. ince film <60 ° C 'de yetiştirilen ve da dahil olmak üzere alt tabakalar, çok çeşitli olabilir ancak silikon, cam, Teflon ve esnek alt tabakaların, bunlarla sınırlı değildir. konformal birikim yanı sıra desenli ön ve üç boyutlu yapılar vesile olur. Buna ek olarak, bu teknik, 30 nm ila birkaç mikron arasında değişen kalınlıklarda filmler elde edilebilir. Son gelişmelerFilm büyüme optimizasyonu olan bu tür yüksek Curie sıcaklığı (600 K), gelişmiş manyetik homojenliği ve dar ferromanyetik rezonans hat genişliği Spintronik ve mikrodalga elektroniği çeşitli uygulamalar için (1.5 G) göstermek vaadi olarak nitelikleri, bir film tabakası oluşturur.

Introduction

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

Organik bazlı ferrimanyetik yarıiletken vanadyum tetracyanoethylene (V [TCNE] x x ~ 2) sergileyen oda sıcaklığı, manyetik sipariş ve esneklik, düşük maliyetli üretim ve kimyasal Ayarlanabilirliğin olarak magnetoelectronic uygulamalar için organik maddelerin avantajlarını vaat ediyor. Önceki çalışmalar hibrid 1,2 organik / inorganik ve tüm organik sıkma vanalar 3 olmak üzere Spintronik cihazlarda, işlevsellik gösterdi ve sahip aktif bir organik / inorganik yarıiletken heteroyapıların 4 spin polarize olarak. Buna ek olarak, V [TCNE] x ~ 2 nedeniyle, son derece dar bir ferromanyetik rezonans çizgi kalınlığı 5 yüksek frekans elektronik eklenmesi için söz göstermiştir.

V [TCNE] x ~ 06-09 Şubat sentezlenmesi için kurulmuştur dört farklı yöntem vardır. V [TCNE] x ~ 2, birinci powde gibi sentezlendiTCNE ve V reaksiyonu yolu ile, diklorometan içinde R (Cı 6H 6) 6. Bu tozlar organik bazlı malzeme gözlenen ilk oda sıcaklığı, manyetik sipariş sergiledi. Bununla birlikte, bu malzemenin toz halindeki ince film cihazlarda uygulanmasını sınırlama son derece hava duyarlıdır. 2000, bir kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemi V [TCNE] x ~ 2 ince filmler 7 oluşturmak için kurulmuştur. Daha yakın zamanda, fiziksel buharla biriktirme (PVD) 8 ve moleküler, tabaka (MLD) 9, aynı zamanda ince filmler imal etmek için kullanılmıştır. PVD yöntemi ultra yüksek vakum (UHV) sistemi ve her iki PVD gerektirir CVD filmleri kolayca 30 nm ila birkaç mikron arasında değişen kalınlıklarda yatırılabilir ise MLD yöntemleri, sinema daha kalın, 100 nm büyümesi için çok uzun süreler gerektirir. CVD yöntemi ile mevcut kalınlıklarda çeşitli ek olarak, kapsamlı çalışmalar sürekli olarak yüksek q gösteren filmler optimize saptanmış olmasıdar ferromanyetik rezonans (FMR) LineWidth (1.5 G), yüksek Curie sıcaklığının (600 K) ve manyetik keskin 5 anahtarlama: dahil uality manyetik özellikleri.

V [TCNE] x ~ 2 ince filmler Manyetik sipariş alışılmamış yoldan ilerler. KALAMAR Magnetometri ölçümleri güçlü yerel manyetik sipariş gösterir, ancak X-ışını kırılma tepe olmaması ve özelliksiz transmisyon elektron mikroskobu (TEM) 10 morfoloji uzun menzilli yapısal düzenin eksikliği ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, uzun X-ışını soğurma ince yapı (EXAFS) her bir vanadyum iyonu oktahedral 2.084 (5), bir vanadyum-azot bağı uzunluğuna sahip bir sağlam lokal yapısal sırasını gösteren, altı farklı TCNE molekülleri ile koordine edilir 11 gösteren çalışmalar. Tüm TCNE dağılmış olan radikal anyon, - Manyetizma TCNE çiftleşmemiş spin arasında bir antiferromanyetik döviz kavrama doğar -molekülü ve T C ile yerel ferrimanyetik sipariş giden V 2+ iyonları üzerinde spin, ~ Optimize filmler 5 600 K. Oda sıcaklığında, manyetik sıralamasını gösteren ek olarak, V [TCNE] x ~ 2 filmler 0.5 eV bandaralıklı 12 yarı iletken edilir. Not diğer özellikleri ~ 150 K 13,14 anormal pozitif magnetorezistans 12,15,16 ve foto-kaynaklı manyetik 13,17,18 bir donma sıcaklığının altında mümkün olan sperimagnetism bulunmaktadır.

V [TCNE] x ~ 2 ince filmlerin sentezlenmesi için CVD yöntemi, düşük sıcaklıkta (<60 ° C) ve konformal birikimi çeşitli substratlar ile uyumludur. Önceki çalışmalar, hem sert ve esnek yüzeylerde 7 V [TCNE] x ~ 2 başarılı birikimi göstermiştir. Dahası, bu birikim tekniği gr öncüleri ve modifiye edilerek tuning kendisini ödünçowth parametreler. 19-22 Burada gösterilen protokol bugüne kadar en iyi duruma getirilmiş filmler verimleri ederken, önemli bir ilerleme bu yöntemin keşfinden bu yana sinema özelliklerinden bazıları iyileştirilmesi yapılmıştır ve daha fazla kazanç mümkün olabilir.

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. sentezi ve Öncülerinin hazırlanması

  1. [Et 4 N] hazırlanması [V (CO) 6] 23
    1. Bir azot eldiven kutusu içinde, ~ içine 40 adet sodyum metal, 1.88 g kesilmiş ve yuvarlak bir 1 L'lik, üç boğumlu tabanlı şişeye susuz tetrahidrofuran (THF) 320 ml antrasenin 14.84 g ile karıştırın.
      DİKKAT: Sodyum metali ve tetrahidrofuran Hem oldukça yanıcıdır.
    2. H 10 oluşturulmuştur NAC 14 derin mavi bir çözelti oluşana dek, bir nitrojen atmosferi altında oda sıcaklığında 4.5 saat süre ile çözelti karıştırılır.
    3. 0 ° C'ye kadar çözelti soğutulur.
    4. Bir azot eldiven kutusu içinde, bir 500 ml vcl 3 (THF) 3 7.48 g 'ı içerisine susuz THF içinde 400 ml ilave etmek suretiyle, yuvarlak tabanlı bir şişeye VCL 3 (THF) 3 bir pembe-kırmızı çözelti hazırlamak ve 1 saat oda sıcaklığında karıştırın.
    5. 20 dakika boyunca 0 ° C'ye kadar pembe-kırmızı eldiven kutusundan gelen çözelti vcl 3 (THF) 3 ve serin çıkarın. Bir önceki Solu transfernitrojen atmosferi altında kanül yoluyla NAC 14, H 10, tion. İlave işlemi tamamlandıktan sonra bir homojen koyu mor bir çözelti hemen oluşmuştur.
    6. Azottan çıkarın ve 15 st için karıştırılmıştır. Buz / N O eritmek için izin buz kovasının içinde balon yerleştirerek oda sıcaklığına kadar yavaş yavaş sıcak.
    7. 0 ° C'ye tekrar çözelti soğutulur ve karbon monoksit ile reaksiyonu şişeyi doldurun. çözüm birkaç dakika içinde sarı-kahverengi, mor ve derin değişecektir.
      DİKKAT: Karbon monoksit çok zehirlidir. Bu adım, tek başına yapılmamalıdır ve bir karbon monoksit alarmı laboratuarda monte edilmelidir.
    8. Oda sıcaklığında, 15 saat süre ile 0 ° C 'de bir karbon monoksit atmosferi altında solüsyonu ve daha sonra yavaş yavaş ısınmaya karıştırın.
    9. Vakum altında THF tüm ama 200 ml çıkarın. Çözelti karıştırılırken O 2 serbest suyun 500 ml ilave edilir. V (CO) 6 kolayca okside olduğu ve O 2 varlığı, düşük verimle sonuçlanır.
    10. Elde edilen filtretetraetilamonyum bromür 20.8 g oluşan bir çözelti içine sarı bir bulamaç (Et 4 NBR) H2O 200 ml
    11. Bu, renksiz olana kadar O 2 serbest su ile birlikte filtre keki yıkanır.
    12. Vakum altında elde edilen [Et 4 N] [V (CO) 6] ile vakum filtrasyonu bulamacı, kuru filtre.
    13. Mağaza [Et 4 N] [V (CO) 6] ileride kullanılmak üzere bir torpido gözü dondurucuda.
  2. V 'in hazırlanması (CO) 6 23
    1. Vana, cam tüp bağlama iki yönlü ve soğuk parmak bir vakum adaptörü için bağlantı noktalarını yağlayın. Merkez boyun soğuk bir parmak ve üçüncü açılışında vana ile bir vakum adaptörü yerleştirin.
    2. Bir argon eldiven kutusu içinde, 100 mg karıştırın [Et 4 N] [V (CO) 6] Manyetik bir karıştırma çubuğu ihtiva eden yuvarlak tabanlı bir şişe içinde bir fosforik asit 1 g.
    3. Cam iki yönlü bağlantı küvet ile bir üç boyunlu yuvarlak dipli bir şişeye tabanı yuvarlak bir şişe iletişimeargon torpido gözünün e.
    4. Torpido gözünün mühürlü şişeyi sistemini çıkarın ve kimyasal kaputu kurdu.
    5. Soğuk parmak metanol ekleyin ve metanol dondurulur kadar spatula süre sıvı nitrojen ekleyerek karıştırın. Basıncı 5 x 10 -2 Torr'a ulaşıncaya kadar bir vakum hattına Stopcock açarak sistemini Pump.
    6. 45 ° C'ye kadar bir yağ banyosu set tabanı yuvarlak bir şişe daldırın ve manyetik karıştırma açın. Reaksiyon başladıktan sonra, fosforik asit eriyecek ve siyah-mavi toz soğuk parmağına yoğunlaşır.
    7. Basınç çok yüksek olduğundan siyah toz yuvarlak dipli yerine soğuk parmağında yoğunlaşır zaman vakum hattını açın. Tekrar kapatmadan önce geri 5 x 10 -2 Torr sistemi Pompa.
    8. Reaktanların tüm karıştırmak için gerekli reaksiyon şişesi döndürün.
    9. Yuvarlak tabanlı bir şişe içinde geri kalan tortu, beyaz-gri ve bundan köpüren kadar reaksiyon devam etmesini sağlar.
    10. Soğuk güvenli bir kap içine bakır pelet dökün ve sıvı azot ile soğutun.
    11. Bir mikropipet ile soğuk parmak metanol çıkarın. Torpido gözü transferi sırasında soğuk tutmak için soğuk parmağı içine soğutulmuş bakır pelet dökün.
    12. Argon torpido gözünün içine aktarmadan önce şişeyi sistemi kapalı petrol ve yoğunlaştırılmış su silin.
    13. Torpido gözünün içinde, şişeyi sisteminden gelen soğuk parmak kaldırmak ve kağıt ağırlığında bir parça üzerine siyah V (CO) 6 tozu kazımak için bir spatula kullanın.
    14. Mağaza bir argon atmosferi altında bir şişe V (CO) 6 ve oda sıcaklığında aşağıdaki tutun.
  3. Süblimasyonla TCNE saflaştırılması
    1. Bir kimyasal buzdolabında piyasada mevcut tetracyanoethylene (TCNE) ve mağaza satın alın.
    2. Aktif karbon, 0.5 g ~ ile TCNE bölgesinin ~ 5 g karıştırın ve bir havan ve havan tokmağı ile öğütün.
    3. Bir cam tekne içine TCNE / karbon karışımı yerleştirin veya hassas görev mendil sarın ve alt koymakbir vakum hattı ile bir şişe.
    4. Şişenin üst içine soğuk parmak yerleştirin ve bir kelepçe ile birlikte iki parça mühür.
    5. Soğuk parmak metanol ekleyin ve metanol dondurulur kadar spatula süre sıvı nitrojen ekleyerek karıştırın. 70 ° C'ye ısıtılmış bir yağ banyosu içinde TCNE ihtiva eden şişenin alt yerleştirin.
    6. 10. -4 Torr bir basınç ulaşmak ve daha sonra vakum hattı kapatmak için vakum hattı açar.
    7. Bazen basıncı korumak için vakum hattını açın. Yüceltme başlar TCNE soğuk parmağına yoğunlaşır. Artık TCNE soğuk parmağı üzerinde biriken kez yüceltme bitti.
    8. Bir mikropipet ile soğuk parmak metanol çıkarın.
    9. Argon torpido gözünün içine aktarmadan önce şişeyi sistemi kapalı petrol ve yoğunlaştırılmış su silin.
    10. Torpido gözünün içinde, şişeyi sisteminden gelen soğuk parmak kaldırmak ve kağıt ağırlığında bir parça üzerine TCNE tozu kazımak için bir spatula kullanın.
    11. Stoinert bir atmosfer altında, oda sıcaklığında, aşağıda bir buzdolabı içinde saflaştırılmış TCNE yeniden.

2. Bir Argon Torpido gözü içine Biriktirme Sistemi kurma

  1. Şekil 1A 'da gösterildiği gibi, bir argon eldiven kutusu içinde reaktör monte edin.
    1. Bir vakum pompasına bağlantı kurun.
    2. Bir akış sayacı ve vana mikrometre bağlı iki hat arasında bir 3-yollu valf bağlayarak gaz akış bağlantıları kurmak.
    3. Reaktörün (A, Şekil 1B) etrafında cam ısıtıcı bobin kaydırın.
    4. Politetrafloroetilen (PTFE) iplik mühür bandı ile cam slayt sarın.
    5. Reaktör, bölüm A. sağ tarafında cam slayt yaklaşık 10 cm itin
    6. Kısım B bir O-ring yerleştirin ve reaktörün sağ tarafına kaydırın. Bir kelepçe ile birlikte iki adet katılın.
    7. Bölüm A alt bağlantı için bir vakum hattı bağlayın ve üst bağlantı göstergesi takın.
    8. Bir tekne dolgu yerleştirinTCNE reaktörün sıcak parçası oturmak böylece sonuna parçası C içine arıtılmış TCNE ile ed.
    9. Bölüm C bağlantısını yağlayın ve reaktörün sol tarafına doğru kaydırın.
    10. Bölüm B. sağ ucunu V (CO) 6 ve slayt dolu T-teknenin her iki tarafını yağlayın
    11. Her mikrometre valfini bağlayın. Bir T-Teknenin sağ tarafında ve parça C sol tarafına, diğer bağlı olan ve yerinde iki kelepçe gerekmektedir.
    12. Reaksiyon bölgesi bulunduğu yeri belirlemek için bir test birikimi çalıştırın.
  2. Mevduat V [TCNE] x ~ 2 yüzeylerde
    1. 75 ° C civarındaki bir reaktörün alt ve TCNE teknenin alan üzerinde ölçüldüğünde, reaksiyon bölgesi 46 ° C civarındaki bir değere ayarlanır, böylece, reaksiyon, ısıtma bobininin sıcaklığı ayarlayın. 10 ° C'ye kadar bir silikon yağı banyosunda sıcaklığı ayarlayın. Sıcaklıklar, en azından 30 dakika için stabilize izin verin.
    2. Cam ısıtıcı ÇÇ'nı kaydırınreaktörün (A, Şekil 1A) etrafında l.
    3. Politetrafloroetilen (PTFE) iplik mühür bandı ile cam slayt sarın. İki inçlik alanı içinde kapalı slayt üstünde örnekleri düzenlemek.
    4. Numuneler reaksiyon bölgesinde bulunan, böylece reaktöre cam slayt itin. Reaksiyon bölgesi bir cam slayt olmayan kaydırılmış olabilir, ancak alternatif olarak numuneler, reaktörün alt kısmında doğrudan yerleştirilebilir.
    5. Kısım B bir O-ring yerleştirin ve reaktörün sağ tarafına kaydırın. Bir kelepçe ile birlikte iki adet katılın.
    6. Bölüm A alt bağlantı için bir vakum hattı bağlayın ve üst bağlantı göstergesi takın.
    7. (Bu miktarlar, bir 75-90 dk birikimi için uygun) T-tekne içine TCNE tekne içine TCNE 50 mg ve V (CO) 5 mg 6 koyun.
    8. TCNE yaklaşık 75 ° C olmalıdır reaktörün sıcak parçası oturmak böylece sonuna parçası C içine TCNE tekne kaydırın.
    9. > Bölümü C bağlantısını yağlayın ve reaktörün sol tarafına doğru kaydırın.
    10. Bölüm B. sağ ucuna T-tekne ve slayt her iki tarafını yağlayın
    11. T-tekne ve parça C sol tarafı sağ tarafına üzerine akış çizgisini kaydırın ve yerine kelepçe. monte set-up Şekil 1A benzer olmalıdır.
    12. T-tekne tüm alt kapağı yağ banyosu kaldırın.
    13. 30-35 mmHg basınca ulaşmak için vakum hattını açın.
    14. V (CO) 6 ve TCNE 84 sccm'lik 56 sccm'lik akış hızını ayarlayın. Reaksiyon yeşilimsi malzeme tepkime bölgesi duvara yoğuşmalı hemen başlamalıdır.
    15. Reaksiyon istenilen süre devam etmesine izin verir. Şekil 2'de gösterildiği gibi, ince film kalınlığı, reaktör içindeki reaksiyon süresi ve konumuna bağlıdır.
    16. Reaksiyon, yakın vakum hattını durdurmak ve ısıtıcı ve yağ banyosu kapatmak için.
> 3 "ove_title. Clean up

  1. Herhangi bir sırayla sistemin dışında alın.
  2. En azından 1-2 saat boyunca bir taban banyo solüsyonuna ısıtıcı bobin hariç tüm cam bekletin.
  3. Bir fırında su ve kuru ile cam durulayın.

Şekil 1
Şekil 1. (A) Tamamen monte özel kimyasal buhar biriktirme (CVD) sistemi. (B) CVD sistemi için bileşenlerin Genişletilmiş görünümü. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
Şekil 2. (A), kendi konumunu gösteren bir reaktör içinde substratların bir üstten görünüşüdür. (B) Yaklaşıkfilm kalınlığı 75 dakikalık bir birikimi için reaktör tüp, Şekil 1B adlı Kısım A içinde pozisyonun fonksiyonu olarak. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

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

Bir birikim başarılı olursa belirlemek için ilk ve en kolay yöntem filmlerin görsel denetim yapmaktır. Film yüzeylerde tektip bir ayna kaplamalı koyu mor görünmelidir. Hiçbir V [TCNE] x ~ 2 olduğu ya da açık renkli olduğu alt-tabakanın yüzeyi üzerine noktalar halinde, o zaman bu durum alt-tabaka yüzeyi üzerinde çözücüler ya da diğer yabancı maddeler mevcudiyetinde muhtemeldir. Ayrıca filmin opak olmalıdır. Ince bir film, sadece birkaç dakika gibi kısa bir zaman dilimi içinde çökelmiştir sürece, saydam filmler genellikle depolanması sırasında ön-akış hızı ile ilgili bir sorun olması anlamına gelir.

Bu alt-optimal büyüme koşullarına ek olarak, atmosferik koşullara maruz kalma, niteliklerine daha az elverişli görünmektedir filmler neden olabilir filmin degrade olduğu not etmek önemlidir; taşınması ve measurin bu nedenle oksijen maruz kalmasını önlemek için gereklidirg analiz için örnekler. Torpido gözünün dışında örnek taşıması gibi epoksi 24 veya parylene 25 veya ölçme aracı 4 sığacak özel tasarlanmış kutularda numuneyi çevreleyen gibi malzemelerle filmin kapsüllenmesini gerektirir. Yerel yapısı ve film bileşimi X-ışını fotoemisyon spektroskopisi (XPS) ve Fourier kızılötesi spektroskopi (FTIR) ile karakterize edilebilir.

Manyetik özellikler bir KALAMAR manyetometresi kullanılarak ölçülebilir. Optimize edilmiş filmler, oda sıcaklığında, yukarıda arıza film, 500-600 K. Bağlı etrafında bir ekstrapole Curie sıcaklığı (T ° C) elde edilmiştir, T, C değeri, Şekil 3A'da gösterilen bir sıcaklık ölçümü karşısında mıknatıslanma, elde edilir. Bu ölçüm 100 Oe, uygulanan alanla Quantum tasarım Squid manyetometresi gerçekleştirilir. sıfır alanın büyük bir yarma varlığı (ZFC) soğutulur ve düşük saha soğutmalı (FC) mıknatıslanma değerleriSıcaklık yerel dönüş ortamlarının izolasyonu kanıtıdır ve düşük kaliteli filmleri daha büyük bir varlığıdır. Filmlerin T C Bloch hukuka tepe üzerinde mıknatıslanma değerlerine takarak elde edilebilir

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

burada M S manyetik doygunluk ve B, uygun bir parametredir. Şekil 3A'da gösterilen veriler için, bu uygun 600 K. T C elde edilir

Sıcaklığında manyetik bir yanıt karakterize edilmesine ilaveten, uygulanan alanın bir fonksiyonu olarak mıknatıslanması da Şekil 3B'de gösterildiği gibi bir seyirme çevriminin elde ölçülebilir. Mıknatıslanmanın sviçleme keskin optimize filmler için, 100 ile doygunluğa ulaşmak oe. coercivity 300 K. yaklaşık 20 Oe olmalı

Ferromagnetic rezonans (FMR) çalışmaları başarılı bir film büyümesini tanımlamak için anahtar bir tekniktir. FMR ölçüm tek bir dar tepe varlığı bir yere büyümesinin güçlü bir kanıtıdır. En iyi filmler yarı maksimum tam genişliğe sahip (FWHM) çoklu rezonans bazı özellikleri veya dönüş tüm açıları gösteren bir spektrumda neden olacaktır rezonans sub-optimal büyüme 1-2 G. Ölçümlerinin sipariş üzerine LineWidth. 4 gösterileri Şekil 9.85 GHz uygulanan mikrodalga frekansı ile 300 K üzerinden düzlem-dışı (0 °) düzlem (90 °) için döner uygulanan mikrodalga ve DC alanları çeşitli açılarda bir yere filmin FMR spektrumu. numunelerin, boşluğu koşulları yoğunluğunun büyüklüğü varyasyon için normalize edilir.

Filmlerin elektriksel özellikleri taşıma ölçümlerle karakterize edilebilir. En basit ölçüm geometrisi vol bir fonksiyonu olarak akım ölçmek için iki prob ölçümüdürÇeşitli sıcaklıklar için tage. Şekil 5A Al 30 nm ve termal buharlaştırma yoluyla oluşturulan Au top temasların 40 nm ile cam üzerinde biriken bir film gösterilmektedir. Elektrik temas Kuantum Tasarım fiziksel özellikler ölçüm sisteminin (PPMS) için özel bir hava geçirmez diski için indiyum basın yoluyla yapılır. Akım-gerilim (IV) ölçümleri, bir Keithley 2400 sourcemeter kullanılarak gerçekleştirilir. Bu ölçümler Şekil 5B gösterildiği gibi sıcaklığın azalmasıyla artar direnç ile tüm sıcaklıklarda Omik IV karakteristikleri ortaya koyuyor. Sıcaklığa bağlı direnç verileri bir Arrhenius denklemine uygun olabilir

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

bir aktivasyon enerjisi, E ~ 0.50 eV ayıklayın. Bu değer, bu yarı iletken malzeme 12 elektronik yapısı bant boşluk enerjisini temsil eder.


Şekil 3. (a) Tarla (açık daireler) soğutuldu ve sıfır alan 100 Oe uygulanan bir manyetik alan ile sıcaklığa karşılık (içi dolu daireler) mıknatıslanma soğutulmuştur. Katı siyah çizgi 600 K. (B) 300 K ölçülen alanın karşı Manyetizm T C ayıklamak için kullanılan bir seçimdir bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
In-düzlemi (90 °) den açısının bir fonksiyonu olarak Şekil 4. Oda sıcaklığı FMR spektrumları out-of-düzleminde (0 °). Daha büyük bir vers görmek için buraya tıklayınızBu rakamın iyon.

Şekil 5,
Nakliye örnek için örnek yapısı Şekil 5. (A) şematik. (B) Direnç değerleri K. 150 K 300 ila sıcaklıklar için içerlek gösterilen akım-gerilim ölçümleri elde bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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

V [TCNE] x ~ 2 biriktirilmesi için önemli parametreler, sıcaklık, bir taşıyıcı gaz akışı, basınç ve öncülerinin oranı bulunmaktadır. Kimyasal buhar depozisyon kurulumu ticari olarak temin edilebilir olmadığı için bu parametreler her sistem için optimize edilmiş olması gerekir. Shima ve arkadaşları tarafından bir önceki çalışma. Sıcaklık TCNE habercisi 26 yüceltme oranı üzerinde büyük etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Eğer sıcaklık kontrolörü ve aynı zamanda her sistem için kalibre edilmesi gerekir ısıtma bobini ve gibi tel aralığı ayarlamalar yaparak belirlenen değere göre her ikisi de değiştirilebilir. Sıcaklık kalibrasyonu, tam çökelme için sistemi monte edilmeden önce, tepkime kabı içindeki ölçülmesiyle gerçekleştirilir. Bu 75 ° C civarındaki bir sıcaklıkta, reaktörün sıcak bölge TCNE tekne yerleştirmek önemlidir.

Bir sonraki en önemli parametre taşıyıcı gaz akışı. taşıyıcı gaz akış oranıTCNE V (CO) için daha yüksek olmalıdır 6. Önerilen akış hızları V (CO) 6 ve TCNE için sccm 84 için 56 sccm vardır ve istikrarı sağlamak için çökelme sırasında bu debileri izlenmesi önemlidir (kabaca 10 dakikalık bir örnekleme sıklığını genellikle yeterlidir).

Basınç 35 mmHg üzerinde ise tepki büyük olasılıkla gerçekleşmeyecek. Basınç yüksek ve reaksiyon başlamamışsa olasılıkla sistemde bir kaçak var (yok V [TCNE] x ~ 2 görünen yoktur). Büyük bir kaçak sistemi hiç aşağı pompa anlamına gelir, ama küçük bir sızıntı varsa sistem 40-50 mmHg ulaşabilir. sızıntı olup olmadığını kontrol etmek için ilk etapta cam bağlantıları her yer almaktadır. En sık, akış hatlarında vakum yağ kirli olsun ve temiz sildi ve değiştirilmesi gerekir olabilir. Sızıntı ek olarak, basınç sorunları kirli cam veya odası içinde gazın atılması kirleticilerin varlığı neden olabilir. Bunun içinnedeni, dikkatli bir şekilde reaksiyon odası içine yerleştirilen herhangi bir malzeme dikkate alınması önemlidir.

Reaksiyon parametrelerini optimize ek olarak, alt-tabakalarının yüzey tedavisi iyi film büyüme için kritik öneme sahiptir. V [TCNE] x ~ 2 alt tabakalar, çok çeşitli üzerine bırakılır, ancak yüzey, temiz ve artan çözücü maddeler serbest olması gerekir. Cımbız ile bile dokunmadan alt tabaka yüzeyleri onları kirletebilir. Ayrıca, işlenmiş olan numuneler ek temizlik adımlarını gerektirebilir. Örneğin, V [TCNE] x ~ 2 fotorezist üzerine, fotorezist çözücülerin herhangi bir iz kaldırmak için yeterince uzun bir süre pişmiş olmalıdır yatırmak. Ayrıca, bu tür işlemler için yarı iletken sınıf kimyasallar gerektirebilir kendinden montajlı tek tabaka olarak bir kimyasal işlem yüzeye V [TCNE] x ~ 2 birikimi için.

V CVD yetiştirilen filmler [TCNE] x ~ 2 Incorp için idealdirCihaz yapılarda oration; ancak bunlar çözücüler, su, hava, ve yüksek sıcaklıklara karşı hassas olan, çünkü V [TCNE] x ~ 2 filmler için yapılabilir sınırlı işleme vardır. V [TCNE] x ~ 2 film termal, e-kiriş için maskelenmiş ya da diğer organik ya da metal birikimi sputter shadow edilebilir. Çeşitli kapsülleme teknikleri V [TCNE] x ~ 2 ölçüm araçları ile numunelerin taşınması için kullanılan, ancak bu malzeme ile çalışmak için bir mücadeledir edilebilir. Ancak, bu zorluk aynı zamanda organik ışık yayan diyotlar (OLED) gibi diğer organik cihazlar için yaygın, bu nedenle teknikleri çalışmalarının önemli bir beden kapsülleme 27-29 için vardır.

V [TCNE] birçok farklı uygulama için x ~ 2, kimyasal buhar depozisyonu, bu yöntem, kimyasal tirmesi ve V gibi organik ince filmler, diğer tip keşif uygundur [MeTCEC] filmleri çoğalma yeteneği ötesinde30. Bu teknik, mikrodalga uygulamaları ve ötesine spintronikler cihazlardan uygulamalar için birkaç mikrometre nanometre bir kaç on arasında değişen bir kalınlıkta ince bir film, organik bir mıknatıs oluşturma olanağı sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Bu çalışma, NSF Hibe No DMR-1207243, NSF MRSEC programı tarafından desteklenen (DMR-0.820.414), DOE Grant No DE-FG02-03ER46054 ve Malzeme Araştırma OSU-Enstitüsü. Yazarlar nano Ohio State Üniversitesi'nde Laboratuvarı ve CY Kao ve CY Chen teknik yardım kabul.

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).
Bir Organik Magnet CVD, Vanadyum Tetracyanoethylene
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