Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Tillväxt och elektrostatisk och kemiska egenskaper av metall/LaAlO3/SrTiO3 Halvledareheterostructures

doi: 10.3791/56951 Published: February 8, 2018

Summary

Vi fabricera metall/LaAlO3/SrTiO3 Halvledareheterostructures med en kombination av pulsad laser nedfall och i situ magnetron sputtering. Genom magnetotransport och i situ röntgen fotoelektronen spektroskopi experiment undersöker vi samspelet mellan elektrostatiska och kemiska fenomen av quasi tvådimensionell elektron gas bildas i detta system.

Abstract

Det quasi 2D elektronsystem (q2DES) som bildar på gränssnittet mellan LaAlO3 (LAO) och SrTiO3 (STO) har rönt stor uppmärksamhet från gemenskapens oxid elektronik. En av dess signum funktioner är förekomsten av en kritisk LAO tjocklek 4 enhet-celler (uc) för gränsskiktspänning ledningsförmåga växa fram. Även om elektrostatisk mekanismer har föreslagits i förflutnan för att beskriva förekomsten av denna kritiska tjocklek, har vikten av kemiska defekter varit nyligen accentueras. Här beskriver vi tillväxten av metall/LAO/STO Halvledareheterostructures i en ultrahöga vakuum (UHV) klustersystem som kombinerar pulsad laser nedfall (att växa laotiska), magnetron sputtering (för att växa metallen) och röntgen fotoelektronen spektroskopi (XPS). Vi studerar steg bildandet och utvecklingen av q2DES och det kemiska samspel som sker mellan metallen och de LAO/STO. Dessutom belysa magnetotransport experiment på transport och elektroniska egenskaperna hos q2DES. Detta systematiska arbete inte bara visar ett sätt att studera det elektrostatiska och kemiska samspelet mellan q2DES och dess miljö, men också låser upp möjligheten att par multifunktionella tak lager med rika fysiken observerats i tvådimensionella elektron system, vilket möjliggör tillverkning av nya typer av enheter.

Introduction

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

Quasi 2D elektron system (q2DES) har använts flitigt som en lekplats för att studera en mängd låg-dimensionell och kvantfenomen. Start från seminal papperet på LaAlO3/SrTiO3 -systemet (LAO/STO)1, en explosion av olika system som värd för nya gränsskiktspänning elektroniska faser har skapats. Att kombinera olika material ledde till upptäckten av q2DESs med ytterligare egenskaper, till exempel elektriska-fältet avstämbara spin polarisering2, extremt hög elektron mobiliteter3 eller ferroelectricity-kopplade fenomen4. Trots en enorm kropp arbete har ägnat att riva upp den skapande och manipulation av dessa system, har flera experiment och tekniker visat motstridiga resultat, även i ganska liknande förhållanden. Dessutom befanns balansen mellan elektrostatiska och kemiska interaktioner vara viktigt att korrekt förstå fysiken på spela5,6,7.

I denna artikel, vi noggrant beskriva tillväxten av olika metall/LAO/STO Halvledareheterostructures, använda en kombination av pulsad laser nedfall (PLD) och i situ magnetron sputtering. Sedan, för att förstå effekten av olika ytförhållanden i den nedgrävda q2DES på gränssnittet LAO/STO, en elektronisk och kemiska studie utförs, med transport och elektron spektroskopi experiment.

Eftersom flera metoder har använts tidigare att växa kristallina LAO på STO, val av lämpliga nedfall tekniker är ett avgörande steg för tillverkning av högkvalitativa oxid Halvledareheterostructures (förutom möjliga kostnad och tid begränsar). I PLD träffar en intensiv och kort laserpuls måltavlan önskat material, som är sedan avlägsnades och får deponeras på substratet som en tunn film. En av de stora fördelarna med denna teknik är förmågan att tillförlitligt överföra stökiometri av målet till filmen, en nyckelfaktor för att uppnå önskad fas bildandet. Dessutom förmågan att utföra lager-för-lager tillväxt (övervakas i realtid med hjälp av speglar high-energy diffraktion - RHEED) av ett stort antal komplexa oxider, möjligheten att ha flera mål inne i kammaren på det samma tid () vilket gör att tillväxten av olika material utan att bryta vakuum) och enkelheten i setup gör denna teknik ett av de mest effektiva och mångsidiga.

Men möjligt andra tekniker såsom molekylärt stråla epitaxyen (MBE) tillväxten av ännu högre kvalitet epitaxiell tillväxt. Istället för att ha ett mål av ett visst material, i MBE är varje specifika element sublimerat mot underlaget, där de reagerar med varandra för att bilda väldefinierade Atom skikt. Dessutom kan avsaknaden av högenergetisk arter och mer enhetlig energidistribution tillverkning av extremt vassa gränssnitt8. Denna teknik är emellertid mycket mer komplex än PLD när det gäller att tillväxten av oxider, eftersom det måste utföras i ultrahöga vakuum förhållanden (så att långt menar fri Stig inte förstörs) och kräver i allmänhet en större investering, kostnads - och tidsmässigt. Även om den tillväxtprocess som används i första LAO/STO publikationer var PLD, har prov med liknande egenskaper odlats av MBE9. Det är också värt att notera att LAO/STO Halvledareheterostructures har odlats med sputtring10. Även om atomically vassa gränssnitt uppnåddes vid höga temperaturer (920 ° C) och hög syre tryck (0.8 mbar), uppnåddes inte gränsskiktspänning ledningsförmåga.

För tillväxten av metalliska tak lager, använder vi magnetron sputtering, eftersom det ger en bra balans mellan kvalitet och flexibilitet. Andra chemical vapor deposition baserat tekniker kan emellertid användas för att uppnå liknande resultat.

Slutligen, en kombination av transport och spektroskopi tekniker visade i denna artikel exemplifierar ett systematiskt sätt att sondera både elektroniska och kemiska interaktioner, betona vikten av korskontroll olika tillvägagångssätt till fullo förstå de många funktionerna i dessa typer av system.

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

Obs: Alla 5 stegen som beskrivs i detta protokoll kan pausas och startas om när som helst, med det enda villkoret att provet hålls under hög vakuum från steg 3,4 och 5.

1. STO(001) substrat uppsägning:

  1. Fyll ett ultraljud renare (med en 40 kHz givare) med vatten och Värm till 60 ° C. Fyll en borosilikatglas bägare med aceton. Oberoende av bägare storlek, var noga med att fylla den med minst 20% av sin maximala volym, att säkerställa att substratesna är väl nedsänkt.
    1. Placera en ur den rutan mix-avslutad enkelsidigt polerad (001)-orienterade STO singel-kristall substraten (55 mm2 i laterala storlek, 0,5 mm i tjocklek, miscut vinkel mellan 0,01 ° och 0,02 °) inuti borosilikatglas bägaren.
    2. Sonikera substratet i aceton för 3 min. torr substratet med en pistol med kväve i slag med ett arbetstryck av ca 5 bar.
  2. Upprepa proceduren i steg 1.1 men med isopropanol och sedan avjoniserat vatten.
  3. Placera rena substrat i en provhållare gjord av vinylidenfluoridplast, PVDF, med en ”skopa” form (figur 1en). Fyll en andra borosilikatglas bägare (figur 1b) med rinnande avjoniserat vatten.
    Obs: Bägaren bör vara tillräckligt stor så att provhållaren passar i den.
  4. Placera substratet i provhållaren.
  5. Bär lämpligt skydd, Fyll en bägare (figur 1b), oftast gjorda av polytetrafluoreten, PTFE, till omkring 20% av sin maximala volym, med en buffrad fluorvätesyra (HF) lösning (HF:NH4F = 1:7). Använd ungefär samma storlek bägaren som användes i steg 1.3.
  6. Dränka provhållaren i HF för exakt 30 s och omedelbart flytta in den i avjoniserat vatten rinnande vatten att stoppa eventuella efterföljande kemiska reaktioner. Skaka den lätt.
  7. Efter 2 min, ta bort provhållaren från avjoniserat vatten. Ta ut underlaget och torka den med en kväve blow pistol.
    Obs: Mer detaljer kan hittas inom Kawasakis recept11.
    Varning: Den HF-lösning som används är mycket frätande och giftig. Alltid utföra manipulation och bortskaffande av begagnade HF lösningar i lämpliga miljöer. Symtom på förgiftning efter kontakt med en kroppsdel kan börja vara synlig upp till dagen efter exponering och kan inte orsaka någon smärta under de första timmarna. Det är också möjligt att använda en alternativ uppsägning process utifrån en HCl-HNO3 sura lösning12 eller ett syrafritt uppsägning recept13.
  8. Infoga substratet i en tube ugn (figur 1c) vid 20 ° C. Ställ in ugnen partiella trycket till ca 1 atm av syre. Ramp temperaturen till 1000 ° C med en hastighet av 20 ° C/min. glödga substratesna i 3 timmar vid 1000 ° C. Efter 3 timmar, låt provet svalna ner till 20 ° C. Ta bort substratet. Stäng den syre-källan.
  9. Upprepa steg 1.1 ta bort efterföljande ytan föroreningar främjas under glödgning.

2. beredning av målet för singel-kristall-LAO:

  1. Mekaniskt polska ett singel-kristall LAO mål (1-tums diameter) försiktigt med slippapper och isopropanol lösning som smörjmedel. Torka den med en kväve blow pistol.
  2. Montera målet i en karusell.
    Obs: Vara säker på att karusellen tillåter mål rotation.
  3. Infoga karusellen i loadlock kammaren (figur 2). Låt målet degas i vakuum, medan kontinuerligt pumpning kammaren (tills den når ett tryck i intervallet 10-8 mbar). Överföra karusellen till PLD kammaren (figur 3en och 3b). Vänta tills bastrycket är i intervallet 10-9 mbar.
    Obs: I avsaknad av en loadlock kan kammare och i vakuum transfersystemet, typisk väntetid och bastrycket allvarligt påverkas.
  4. Inspektera laser energi använder en excimer laser energimätare. För att göra detta, använda en rektangulär slit (6 x 16 mm) och en extern ljuddämpare höger efter laserkällan för att modulera form och energi av balken (figur 4en och 4b). Placera Energimätaren i vägen för laserstrålen, mellan andra konvergerande lins och fönstret kvarts. Sedan skjuta laser på en godtycklig frekvens och läsa den energi som använder Energimätaren.
  5. Ställa in energi att vara samma (eller marginellt högre) som används under tillväxten (steg 3.12).
    Obs: Absoluta värden av laser energi kan variera beroende på geometri av installationen. Men för LAO rikta ablation, använda en laser fluence ca 1 J/cm2 (fluence = energi/spot area). Dessutom använda en pulsad KrF Excimerlaser med våglängd λ = 248 nm, med en karakteristisk pulslängd 25 ns och drivs på minst 21 kV (för förbättrad puls-till-pulse reproducerbarhet).
  6. Rotera LAO målet på ca 10 varv (med rotation plattformen av carrouselen, där målet är monterad).
    1. Anpassa målet rotationshastigheten till önskad plats och laser upprepning kurs att undvika två på varandra följande överlappande bilder, vilket kan leda till vissa lokal överhettning eller smältning av målet och efterföljande off-stökiometri. En visuell beskrivning ges i figur 4c.
  7. Sätt in syre i kammaren tills en oxygen partialtryck på 2 x 10-4 mbar uppnås. Ta bort Energimätaren. Pre ablatera LAO målet på 3 eller 4 Hz för 20000 pulser.
    Obs: Lasern ska ställas in så att vinkeln mellan strålen och målet är 45° (figur 4d). Denna relativt långa ablation av LAO singel-målet befanns ha en avgörande roll i LAO/STO prov till prov reproducerbarhet.

3. PLD tillväxt:

  1. Utföra en atomic force microscopy (AFM) skanning av tidigare avslutade STO substrat yta att verifiera uppsägning, morfologi och renhet (figur 5).
  2. Använda silver pasta, limma underlaget, med avslutade ytan pekar uppåt, till en provhållare. Även om inriktningen av substratet inte är relevant, vara säker på att den är placerad i mitten av innehavaren (figur 6en).
  3. Värm upp till ca 100 ° C under 10 minuter så att vätskan avdunstar och pastan stelnar (för optimal termisk ledning). Låt provhållaren svalna.
  4. Infoga provhållaren inuti loadlock. Använda armen inom klustret, överföra provhållaren till XPS kammaren att analysera syre, kol och Titan topparna (se steg 5 för mer information).
  5. Överföra provhållaren till avdelningen i PLD med substratet nedåt mot LAO målet (figur 6b).
  6. Infoga syre inuti kammaren för att nå en oxygen partialtryck på 2 x 10-4 mbar. Höja temperaturen i provhållaren till 730 ° C (vid 25 ° C/min).
  7. Med reflekterande hög energi diffraktion (RHEED), justera elektronen strålar på bete vinkel (mellan 1° och 3°) med substrat yta så att diffraktion fläckarna observeras på skärmen fosfor. Övervaka i realtid intensiteten i varje plats som använder en CCD kamera och bild analys programvara. Använda en matningsspänning av 30 kV och ström av 40 μA.
  8. Placera provhållaren 63 mm från målet.
    Obs: Mål-till-substrat avståndet kan kräva viss optimering beroende på geometri av PLD installationen används.
  9. Skjuta laser för att kalibrera energin så att den matchar ca 1 J/cm2 (på samma sätt som i steg 2,4). Igen, använda en rektangulär slit (6 x 16 mm) och en extern ljuddämpare höger efter avfarten laser för att modulera form och energi av balken (figur 4en och 4b).
  10. Ställa in laser frekvensen 1 Hz. stannar skytte laser och ta bort Energimätaren.
  11. Starta rotationen av LAO målet (samma sätt som i steg 2,6). Initiera RHEED svängningarna läsning. Vänta tills det stabiliserar.
  12. Börja skjuta laser. Iaktta plymen (figur 6c) och RHEED svängningar (figur 6d). Stoppa lasern på toppen av en av svängningen beroende på önskad tjocklek.
    Obs: Kom ihåg att varje svängning representerar en enhet cell (uc) odlas. I syfte att detta experiment, växer 1 och 2 uc för transport och spektroskopiska experiment, respektive.
  13. Efter tillväxten är avslutad, avstängning RHEED pistolen och vidare till efter glödgning steg.
    Obs: Steget efter glödgning görs direkt efter tillväxten är avslutad.
    1. För att starta efter glödgning, öka syre partialtrycket i kammaren från 2 x 10-4 mbar (tillväxt tryck) 1 x 10-1 mbar och sänka temperaturen av provhållaren från 730 ° C (tillväxt temperatur) till 500 ° C.
    2. Efter temperatur och tryck har stabiliserats, införa en statisk oxygen partialtryck av ca 300 mbar, samtidigt hålla innehavaren provtemperaturen vid 500 ° C. Lämna provet i dessa villkor för 60 min.
  14. Kyla ner provet vid 25 ° C/min samtidigt som det i samma syre partiella tryck tills den når rumstemperatur.
  15. Överför provet till XPS kammaren att undersöka möjliga valence förändringar i Titan toppen eller relativa La/Al koncentrationen (se steg 5 för mer information).
  16. Att säkerställa att LAO ytan är orörda, överföra den prov i vakuum till sputtring kammaren (figur 7en), som hålls på alla gånger vid ett tryck i intervallet 10-8 mbar.
    Obs: Utför dessa experiment ex situ orsakar ansamling av kol och vatten på ytan som i slutändan leder till förändrat resultat.

4. magnetron Sputtering av metalliska överlager:

Obs: Beroende på önskad metall, parametrar såsom Ar tryck, kan nedfall strömmar och mål-till-substrat avstånd variera något. Det rekommenderas att optimera varje nedfall process beroende på geometri av sputtring installationen används. Följande procedur beskriver nedfall av 3 nm av co

  1. Placera provet med den ytan vänd mot målet.
  2. Infoga ren Ar inne i sputtring kammaren för att uppnå en atmosfär av om 4.5x10-4 mbar (cirka 100 sccm).
  3. Placera substratet (LAO/STO) ca 7 cm från Co målet.
  4. Med slutaren stängd, rampa strömmen upp till ca 100 mA (36 W) så att plasma antänds.
  5. Med en stabil plasma (figur 7b), lägre strömmen till 80 mA (deposition nuvarande) samt inflödet av Ar till 5,2 sccm. Säkerställa att plasma förblir stabil.
  6. Pre sputter Co målet för ca 5 min att ta bort alla oxiderade lagret som kan ha bildats på dess yta.
  7. Med provet i rumstemperatur, öppna slutaren och insättning för 25 s. nära slutaren Avslutningsvis nedfall.
    1. För transport experiment, deponera ett efterföljande tak skikt av ca 3 nm av Al (vars yta passiverar, bildar ett skyddande lager för aggressiv vid exponering för luft) att förhindra oxidation av det underliggande metallisk lagret.
      Obs: Tillväxttakten mäts inte direkt inne i kammaren. För att göra detta, växa olika prover med olika nedfall gånger medan du använder samma parametrar. Sedan Mät tjockleken av varje prov med hjälp av röntgen reflectometry. Gör denna procedur en gång för varje metallisk mål används.
  8. Rampa strömmen ner till noll, Stäng Ar källan och pumpa i kammaren.
  9. Överföra en gång mer provhållaren till XPS kammaren (figur 8en) att inspektera eventuella valence förändring på nivån Ti 2 p samt en möjligt oxidation på gränssnittet metall/LAO (se steg 5 för mer information).

5. i Situ röntgen fotoelektronen spektroskopi:

  1. Placera provet att ytan normala arrangera i rak linje parallell med den elektron analyzer axeln (figur 8b).
  2. Närma sig röntgen pistolen så nära som möjligt till provet (Undvik mekanisk kontakt mellan slutet av pistolen och provhållaren att förhindra skador) och slå på den.
    1. I detta experiment Använd en Mg Kα källa med en exciteringsenergi 1253.6 ev. Ange glödtråden att uppnå en utsläpp ström 20 mA vid en anodspänning av 15 kV. Angående analyzer elektron-optiken, välja en entré slit av 2 mm diameter och en exit slit med rektangulär form 5 x 11 mm.
      Obs: Se manualen för XPS installationen används för information om maximala utsläpp strömmar och anoden spänningar. Även kan storleken på ingångs- och utgångseffekter följesedlar vara annorlunda för andra specifika uppställningar. Om analysatorn har olika specifikationer, välja snitten i ett sätt att undvika alltför hög intensitet i elektron räknar enheten.
  3. Efter vändningen röntgen pistolen på, se till att kammaren i ultrahöga vakuum förhållanden (10-10 mbar intervall). Samla in undersökning spektra (mellan 0 och 1200 eV bindande energi) med en valda steg av 0,05 eV, en uppehållstid på 0,5 s, en pass energi mellan 30 och 60 eV och en adekvat linsläge för att uppnå minsta strålpunkt möjliga. Justera värdena beroende på den upplösning som avsett.
    1. Lokalisera positionen av de relevanta topparna (figur 8c). För förbättrad statistik, mäta varje topp flera gånger och genomsnittlig spektra samlas in.
  4. Analysera spektra med adekvat XPS bearbetning programvara.
    1. För att identifiera elektronerna från en viss övergång, definiera en energi-sortiment som består av toppen att analysera.
    2. Skapa en lämplig bakgrund kurva (normalt en Shirley bakgrund14) och subtrahera det från den ursprungliga datan.
    3. Bibliografiska referenser15, leta reda möjligt topparna som komponera den uppmätta toppen. Ägna särskild uppmärksamhet åt tabellerade avstånd och relativ intensitet för olika toppar.
      Obs: En mer djup titt på XPS uppgifterna tillhandahålls i ”representant” avsnittet resultat såväl som i Ref.7.

6. Magnetotransport experiment:

  1. Med hjälp av en ultraljud kil-limning maskin, tråd-bond metall/LAO/STO provet med Al eller Au sladdar att kontakta begravda gränssnittet ( figur 9en).
    Obs: Välj ett lämpligt wedge till prov avstånd, kraft och tid, beroende på den inställning som används och vilken typ av transport mätning innehavaren.
  2. Använd en 8-tråds geometri (4 i van der Pauw - kanal 1 - och 4 i Hall geometri - kanal 2-). För att göra detta, börja med att kontakta en av kanalerna för transport mätning innehavaren till de fyra hörnen av provet i van der Pauw geometri. Sedan kontakta en andra kanal till de kontakter som tidigare gjort i provet (figur 9b).
  3. Kontrollera om kontakterna är bra genom att mäta motståndet med en multimeter. För att säkerställa att provet är enhetlig, verifiera att motståndet mäts i olika riktningar är ungefär densamma, så att van der Pauw R100≈R010 villkoret är uppfyllt.
    Obs: Om R100 och R010 är betydligt olika, bör van der Pauw mätning utföras i båda riktningarna (efter Ref.16). Tidigare studier rapporterar starkt anisotropiska eltransporter boenden i LAO/STO17.
  4. Montera hållaren i en Transportinställningar.
    1. Mäta resistansen (kanal 1) ner till 2 K.
    2. Vid låg temperatur sourcing åtgärd sekventiellt magnetoresistans (kanal 1) och Hall effekt (kanal 2) genom att svepa en extern och vinkelrät magnetfält (från -9 till 9 T), en ström av vanligtvis 10 till 100 µA för metall/LAO/STO prover.
    3. Upprepa steg 6.4.2. för 5 K, 10 K, 50 K, 100 K, 200 K och 300 K, för att observera magnetoresistans evolution med temperatur.

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

Det fullständiga experimentella system som används för tillväxt och karakterisering visas i figur 2. Att ha olika uppställningar ansluten i UHV genom en distribution kammare rekommenderas att se till att ytan av provet efter varje tillväxtprocessen hålls orörda. PLD plenisalen (figur 3), magnetron sputtering (figur 7) och XPS kammare (figur 8) beskrivs också i detalj. Ytterligare information om den optiska vägen i inställningar för PLD visas i figur 4en och 4b (anpassad från Ref.18). Vi konstaterar att de villkor som beskrivs i protokollet för varje teknik kan variera beroende på den exakta geometrin i varje kammare, typ av mål som används eller typ av utrustning.

Vi bekräftade atomically plana och rena ytor STO, innan tillväxten, genom atomic force microscopy (AFM), som kan ses i figur 5en. ”Steg och terrass” liknar struktur med enhet cell steghöjd framgår på grund av miscut vinkel i förhållande till (001) plan orientering. Alla prover har odlats på substrat med en stegstorlek på ca 250 nm (för en miscut vinkel mellan 0,01 och 0,02 °) och en steghöjd mellan 2,5 och 5 nm. Både LAO och metall filmer reproducera ytan morfologi av lager under, som kan ses i figur 5b.

Under PLD tillväxt genereras en plym genom processen att ablating arter från målet mot underlaget, som visas i figur 6c. För en oxygen partialtryck på 2 x 10-4 mbar, plymen har en ljus lila färg och är inte mycket ljus. Observera att intensiteten och färg av plymen beror starkt på syre tryck, fluence och typ av mål material används. Att förändra fluence var tidigare visat att ändra La/Al katjoniska förhållandet, vilket i slutändan kan leda till en modulering av gränsskiktspänning bedriver boenden19,20. RHEED övervakning används också att säkerställa lager-för-lager tillväxt. Typiska RHEED data visas i figur 6d för en 2 uc tillväxt av LAO på STO.

En XPS analys av kala STO substratet kan vi bekräfta den faktiska frånvaron av ytterligare funktioner i syre toppen, brukar finnas på grund av bifogade vatten och väte molekyler (figur 8d), samt en mycket liten mängd av adsorberat kol . Den värme-process som används under PLD tillväxten normalt minskar tar bort/dessa funktioner. En analys som utförs på ett LAO/STO prov visar utseendet på La och Al toppar och en ytterligare intensitet minskning av Ti och Sr toppar, på grund av den dämpning som infördes genom LAO filmen. Observera att Al topparna är knappast observerbara från en undersökning scan, eftersom endast 1 uc Lao deponerades. Slutligen en XPS analys utförs efter metall nedfall visar tydlig dämpning av alla topparna kommer från de LAO/STO. Som vi diskuterar vidare, ger analys av de toppar som är associerad med insatta metallen oss information angående dess oxidationstillståndet. Alla undersökning spectra riktat visas i figur 8c.

Transport experiment utförs vid låg temperatur (2K) med en 8-tråds geometri (4 trådar för tvärgående mätningar) och 4 trådar för Hall mätningar, vilket visas i figur 9en och 9b. Mätningar visar påfallande olika beteenden beroende på metalliska tak lager valt. Lao(2 UC)/STO prover utjämnade med ädla metaller såsom Au, Pt eller Pd visade en linjär Hall spår med en förändring i motståndet av några tiotals mΩ över 9 T (figur 9c). Men liknande prover utjämnade med reaktiva metaller såsom Ti, Ta, Co, Ni80Fe20 och Nb (2.5 nm) visade underskrifter av en 2DES, nämligen S-formade Hall spår (figur 9d). Vi dra slutsatsen att LAO/STO prover nedan 4 uc kritiska tjocklek (som under vanliga förhållanden isolerande) från en transport synvinkel, bildar en gränsskiktspänning q2DES om en reaktiv metall läggs ovanpå. Tak med ädla metaller leder till ett isolerande gränssnitt, där endast metallskiktet är upptäckt (se figur 9c och infälld bild 9d). Ja, dessa resultat är förenliga med teoretisk förutsägelse utförs på liknande Halvledareheterostructures21. De verkar också stödja att för metaller med lägre arbetsfunktioner (φ) elektron överföring mot STO gynnas, vilket förklarar varför för Au utjämnade prover finns ingen 2DES upptäcks men för Co och Ta maximerad transportören densitet är ca 3 x 1013 och 4 x 1013 cm-2 (Observera att ΦTa< ΦCo< ΦAu) en mer fördjupad analys av denna transport data återfinns i avsnitten metoder i Ref.7.

Även om en elektrostatisk strategi verkar helt beskriva detta system, måste kemiska reaktioner betraktas22,23,24. Genom att deponera en mycket reaktiv metall såsom Ta på LAO/STO, tenderar syre att sprida mot metallen så att det börjar oxidera. Från en XPS synvinkel (figur 10en), ses två saker: först, olika Ta oxid toppar visas (figur 10b) och den metalliska Ta funktionen dämpas (helt eller delvis); andra, på grund av passiv syre diffusion, syre vakanser form på ytan av perovskit, så att elektronerna släpps till gallret. TI atomer i STO är då värd för några av dessa elektroner som bildar därför en q2DES. Följaktligen, valence tillståndet för Ti ändras från 4 + till 3 + som ger upphov till en ytterligare funktion på undersidan av Ti bindande energi topp (se figur 10c och 10 d). Analysen av Ti3 + funktionen kan sedan vara korrelerade med antalet bärare i q2DES25.

Vinkel-beroende studier kan också ge värdefull information på djup profil. Om elektronen takeoff vinkeln är 90° (ytan normal parallell med electron analyzer axeln) då maxvolymen är utforskad. När starten vinkeln minskar (lutande prov) åker elektroner från samma djup större avstånd, så att den totala volymen mätt reduceras. En vinkel-beroende studie visas på infällt av figur 10d. Observera att genom att ändra vinkel från 0° till 50° ungefär samma Ti3 + intensitet observeras, vilket innebär att regionen q2DES sträcker sig mer som den XPS maximala sondering djup (av om 5nm). Dessa resultat visar tydligt vikten av bakningen transport experiment med elektronspektroskopi och vice versa. För mer information om analysen se Ref.7.

Figure 1
Figur 1 : Material som används för STO substrat uppsägning. (a) PTFE bägare för HF och borosilikatglas bägare för avjoniserat vatten. (b) PVDF provhållare med ”dipper” form. Märke att både bägare bör vara tillräckligt stor så att skopan passar inuti dem. (c) Tube ugnen används att glödga substratesna efter uppsägning. Tre termostater styra temperaturen i tre olika positioner av ugnen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 : Komplett installation. Alla uppställningar, inklusive pulsad laser nedfall kammare, magnetron sputtering och röntgen fotoelektronen spektroskopi, är anslutna via ett kluster som möjliggör prov överföring utan att bryta vakuum (10-9 mbar intervall). Ett prov är initialt insatt i loadlock och den ventil som ansluts till klustret är öppen. En arm som ligger inne i klustret kan då plocka upp provet och flytta den till någon av de inställningar som nämns. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 : Pulsad laser nedfall system. (a) exteriör PLD avdelning. Men inte synliga, är fosfor skärmen och kameran som används för att övervaka RHEED bombarderas elektronerna bakom kammaren, i linje med RHEED pistolen. (b) inre av PLD kammaren. Målet karusellen tillåter lagring av 5 olika mål inne i kammaren samtidigt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4 : Optik för PLD-systemet. (a) balken avslutar laser och omedelbart minskar i storlek genom en slits. Den variabla dämparen tillåter kontroll av beam energin utan att variera parametrarna källa laser. Två konvergerande linser används sedan för att fokusera strålen på målet. (b) detaljerad skiss av optiska apparater (modifierad från Ref.18). (c) för att undvika två efterföljande skott på samma ställe, som kan överhettas målet, target rotation är programmerad så att den följer mönstret visade. Lasern startar ablating den yttersta kurvan (väg nummer 1). Efter att ha gjort halva en rotation (90°) fortsätter att ablatera längs väg nummer 2. Efter en annan 90° flyttas till väg nummer 3 och så vidare. I slutet av sökvägen nummer 6 går det tillbaka till väg nummer 1. (d) laser ablation, utförs vid 45 °, genererar en plym som expanderar vinkelrätt till målet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5 : Atomic force microscopy av a ett STO substrat används för tillväxten av (b) en Co (2nm) / LAO(2 uc)/STO provet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6 : Tillväxt av LAO ultratunna filmer (a) STO-substrat monterad på ett substrat hållare med silver pasta. (b) inre av PLD kammaren. En infraröd laser används lokalt värma baksida av provhållaren. x och y positionering styrs via rattar på utsidan av kammaren. (c) karakteristiska plume bildade efter ablating LAO målet med en enda stråle puls, vid 2 x 10-4 mbar av syre. (d) typiska RHEED svängningar och diffraktion ställen. För konsekvens, övervakning utförs alltid på (0-1) diffraktion spot, lokaliserat insida den gula prickade rutan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7 : Magnetron sputtering system. (a) exteriör sputtring avdelning. (b) interiör sputtring avdelning. Ar atomer påskyndas mot metall målet, ligger inuti visas cylindern och monterad på en dc-magnetron källa, därmed generera en plasma. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8 : Röntga fotoelektronen spektroskopi system. (a) exteriör på XPS avdelningen. Avgivna elektroner ange objektivets överföring av analyzer. Där, är de efterbliven/accelererade att matcha analyzer pass energin innan analysatorn sig och samlas slutligen av elektron detektorn. En förförstärkt signal skickas sedan till optiska mottagaren innan de når förstärkaren och datorn. (b) inre av XPS kammaren. X-ray pistolen kan dras in för att möjliggöra placering av provhållaren. (c) typisk undersökning scan utförs på kala STO substrat, en LAO(1 uc)/STO och en Co/LAO(1 uc)/STO. Notera utvecklingen av topparna. TI och Sr toppar är successivt försvagade som översta lagret tjocklek ökar. La och knappt synlig Al toppar visas efter LAO tillväxt. Tillägg av ett extremt tunt (3 Å) Co dämpar snabbt alla de andra topparna. (d) zoomat O 1s peak (STO-substrat). Observera att en mycket liten svans observeras vid höga bindande energisidan av toppen, signalering svag adsorption av vatten och kol molekyler. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 9
Figur 9 : Transportera egenskaperna för metall/LAO/STO Halvledareheterostructures. (a) tråd limning av ett prov i en (b) 8-tråds geometri (4-tråd för Hall motstånd och 4-tråd för längsgående motstånd) skiss. Denna geometri tillåter insamling av både Hall och magnetoresistans, sekventiellt sourcing mellan de två kanalerna, men i en enda mätning som kör. Hall motstånd Rxy som en funktion av tillämpad vinkelrätt magnetfält µ0H i LAO(2 uc)/STO prover utjämnade med (c) ädla metaller och (d) reaktiva metaller. Infällt visar en schematisk krets efter wire bonding, där RM och Rq2DES representera längsgående motstånd och VH, M och VH, q2DES Hall spänningar genereras i varje lager. Denna siffra har ändrats från D.C. Vaz o.a. 7. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 10
Figur 10 : Röntgen fotoelektronen spektroskopi av Ta/LAO/STO Halvledareheterostructures. (a) Schematisk skiss av mätningen utförs. Photoelectrons som avges av röntgen excitation bära information om både de LAO/STO och metall/LAO gränssnittet. (b) Ta 4f spectra informerar om oxidation nivån på den metalliska tak används. Spektra kan monteras uteslutande med olika Ta oxid toppar, som anger att 100% av lagrets metall har oxiderat ovanpå den oxid heterostrukturfotoniska. (c) passande Ti 2 p toppen med två komponenter, tillåter 4 + och 3 +, oss att extrahera en Ti3 +/Ti4 + intensitet baserat på 20%. (d) Spectra samlat på Ta/LAO/STO prover (i rött) på Ti 2 p nivå visar en ytterligare (Ti3 +) axel på lägre bindande energi, associerade med extra elektroner värd på gränsskiktspänning Ti atomerna. Dessutom visar infällt svag vinkel-beroendet av Ti3 + funktionen, avslöjar att förlängningen av den q2DES som bildas på gränssnittet LAO/STO är större än maximalt elektronen sondering djup. Denna siffra har ändrats från D.C. Vaz o.a. 7. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

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

Under substrat uppsägning, bör man vara extremt försiktig med den submerging tiden i HF lösning. Vi observerade under - och över - etched ytor av varierande bara 5 s när det gäller det ursprungliga receptet. Dessutom observerade vi ett beroende mellan substrat stegstorlek och dränka tid. För mindre steg storlekar (mindre än 100 nm) dränka 30 s kan leda till överdriven etsning, även om efteråt glödgning förfarandet kan vara tillräcklig för att korrekt rekonstruera ytan. På grund av riskerna med att använda HF baserat syror, råder vi också optimering av en HCl-HNO3 sura lösning uppsägning12 eller ett syrafritt uppsägning teknik13 som bör leda till liknande resultat.

Om tillväxten av LAO, vi rekommenderar användning av enda kristall mål för att undvika möjliga förmånliga ablation av specifika arter, som uppstå till exempel i keramik/sintrat mål. I vårt fall medförde prover vuxit med måltavla keramiska isolerande prover, troligen på grund av stökiometri av odlade filmer20. 20000 pulser före ablation steget beskriver vi kan tyckas överdrivet lång, men vi observerade att transportegenskaper försämras mycket snabbt av med utsikt över detta steg. Pre ablating med mindre än 10000 pulser upprepade gånger visade isolerande LAO/STO gränssnitt. Som förväntat från PLD tillväxt råder vi dessutom inte för att växa på substrat som är större än 10 mm x 10 mm i sidled storlek. 4-punkts elektrisk sondering på olika regioner av dessa 10 x 10 prover visade liten inkonsekvenser sannolikt på grund av off-stökiometri frågor i prover hörnen. Vi noterar också att alla prover var vuxit med centrum i plymen vertikalt i linje med substratet. Vid låg syrehalt tryck (lägre än 10-2 mbar) och tack vare distanserar låga mål-substrat, avlägsnad arter resa i en ballistisk regim, vilket också kan motivera varför den fluence som utnyttjas så drastiskt påverkar egenskaperna för ozonmätare ledningsförmåga19.

Eftersom laser energi mätningen görs utanför kammaren och ingången laserfönstret blir belagd med tiden, vilket ger en förlust av överföring, guidar vi oss genom att rikta en konstant tillväxt pulsvärdet istället. Efter cirka 15 utväxter, kan fönstret variera upp till 20 mJ från energi mätt utanför. Optimerad tillväxttakten för LAO befanns vara cirka 25 pulser per cell för våra specifika PLD tillväxtprocess, motsvarar en (utanför) energi av ca 60 mJ.

RHEED svängningar mättes under tillväxt är extremt känsliga fina placeringen av substratet. Exakt samma tillväxtprocessen kan resultera i betydande skillnader när det gäller RHEED svängningar stödnivåer. Vi rekommenderar att använda samma positionering parametrar och sondera de samma diffraktion ställen för varje tillväxt. Vi har vuxit alla våra prover övervakning endast (01) diffraktion spot, eftersom detta mestadels visar händelserna elastisk spridning att elektronerna genomgå vid crystal ytan, medan (00) plats kan bära några oönskade bakgrundsinformation inelastiska scattering händelser26. TEM imaging visade bra enhetlighet och bekräftade, tillsammans med standard röntgendiffraktion, rätt motsvarande antal LAO enhet celler.

Slutligen, som nämnts i inledningen, tillverkning av LAO/STO strukturer har infriats av PLD eller MBE. Båda tekniker kräver en hög nivå av optimering, rekommenderar vi dock följande: MBE bör användas när gränssnitt kvalitet är avgörande för experimentet, eftersom det ger högkvalitativa Halvledareheterostructures med en stor kontroll av skikttjocklek och mycket låg defekt koncentration8. Ändå, det äger långsammare nedfall och innebär en större investering.

PLD ger å andra sidan också möjlighet att skapa högkvalitativa prover. Den har förmånen av att vara mångsidig (Tillåt flera mål inne i kammaren samtidigt), kostnadseffektiv, snabb (tillväxt kan sista mindre än 2 min) och begreppsmässigt enkel. Eftersom den är baserad på ablation av hög energi arter mot ett substrat kan det emellertid leda till en något större koncentration av defekter. Som ett exempel visas en jämförande studie av LaNiO3/LaAlO3 Halvledareheterostructures vuxit med PLD och MBE i Ref.27. Observera också att medan MBE har genomförts innan för storskaliga nedfall av olika material, PLD är nu också betraktas som en möjlig kandidat för industriella applikationer28.

När det gäller sputtring nedfall betonar vi att olika metaller har olika vätning beteenden ovanpå oxid substrat22. Överväga att öka tjockleken med detta för att uppnå full täckning. Filmar under några nm i tjocklek kan resultera i icke-silats filmer. Utföra SEM karakterisering efter nedfallet att kontrollera bra enhetlighet.

Med hjälp av långsammare nedfall och mindre energisk inkommande arter rekommenderas också, fint styra filmens tjocklek och undvika möjliga penetration av finfördelat arter i provet. För att göra detta, kanske en öka målet-substrat avståndet och/eller minska plasma magnetiseringen nuvarande.

När det gäller mätningar av XPS eftersom mätningarna är utförda i situ, finns det ingen elektrisk anslutning mellan den metalliska overlayer (eller q2DES) och provhållaren. Detta innebär att laddning effekter kommer att bli svår på grund av STO substratet isolerande. Vi rekommenderar därför inte att dra slutsatser om positionen för den insamlade toppar, eftersom de kan vara skiftat flera eV. Det är också känt att metaller tenderar att skärmen elektroner ganska effektivt så att en 1 nm metalliska tak kan redan hindra sondera andra begravda lager. Extra kostnad ersättning av en översvämning pistol kan bidra till att undvika peak skiftande och deformation. I vårt fall var peak deformation försumbar eftersom vi använt en icke-monokromatiska röntgen källa som ger tillräckligt sekundära elektroner.

Vinkel-beroende studier kan också ge värdefull information på djup profil. Om elektronen takeoff vinkeln är 90° (ytan normal parallell med electron analyzer axeln) då maxvolymen är utforskad. När starten vinkeln minskar (lutande prov) åker elektroner från samma djup större avstånd, så att den totala volymen mätt reduceras. Man kan då, till exempel, bedöma tjockleken på en q2DES genom en valence staten djup-beroende analys, som visades tidigare för LAO/STO Halvledareheterostructures25.

Vi tar också uppmärksamhet på ytterligare toppar sett i undersökningen spektra. Om stickprovets storlek är mindre än området upptäckta av elektron analyzer, klistra spår av silver på gränsar av provet och av de arter som deponeras på innehavaren av substrat, såsom La eller Al, samlas. Observera att dessa arter, i viss utsträckning drabbas av olika laddning effekter, vilket leder till exempel till uppkomsten av dubbel topp funktioner. Detta kan lätt åtgärdas genom att minska ingången slit storleken för elektron insamling och öka uppehållstiden (för högre elektron räkna).

Övergripande, trots att instruktionerna i detta dokument fungerar som en guide att växa LAO ultratunna filmer, de visar ett generiskt sätt växer de flesta ABO3 perovskiter med PLD. Även om varje material kommer att kräva särskilda åtgärder för optimerad önskad struktur, elektriska, eller magnetiska egenskaper, man bör vara särskilt uppmärksam på några väsentliga drag: typ och sammansättning av mål29, oxygen partialtryck under tillväxt och glödgning30,31, substrat temperatur, ablation frekvens och laser fluence19,32 och typ av substrat (och tidigare ytbehandling).

Genom en kombination av transport och spektroskopi experimenten kan vi även rita en mer korrekt och fullständig bild av ett komplext system där fånga samspelet mellan elektrostatiska och kemiska fenomen är viktigt att förstå den inneboende kontra extrinsic dopning mekanismer. Vi upprepar att på grund av deras starkt korrelerade karaktär, dessa komplexa oxid system är extremt känsliga för små stökiometri och elektroniska förändringar så att deras omfattande studie kräver olika kompletterande i situ och ex situ tekniker.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete fick stöd från den ERC Consolidator Grant #615759 ”MINT”, i regionen Île-de-France DIM ”Oxymore” (projekt ”NEIMO”) och ANR projektet ”NOMILOPS”. H.N. var delvis stöds av programmet Core-till-Core EPSRC-JSPS, JSPS bidrag för vetenskaplig forskning (B) (#15 H 03548). A.S. stöddes av den Deutsche Forschungsgemeinschafts (HO 53461-1; postdoktorsstipendium till A.S.). D.C.V. Tack det franska ministeriet för högre utbildning och forskning och CNRS för finansiering av sin doktorsavhandling. J.S. tack de University Paris-Saclay (D'Alembert program) och CNRS för finansiering av hans vistelse på CNRS/Thales.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pulsed Laser Deposition SURFACE PLD Workstation + UHV Cluster System
KrF Excimer Laser Coherent Compex Pro 201F
Reflection High-Energy Electron Diffraction (electron gun) R-Dec Co., Ltd. RDA-003G Distributed in Europe by SURFACE.
Reflection High-Energy Electron Diffraction (CCD camera) k-Space Associates, Inc. kSA 400
Variable Laser Beam Attenuator Metrolux ML 2100
Excimer Laser Sensor Coherent J-50MUV-248
LaAlO3 target CrysTec Single-crystal target
SrTiO3 subtrates CrysTec Several different sizes. Possibility to order TiO2 terminated.
Buffered HF Acid Technic BOE 7:1 buffered hydrofluoric acid = BOE 7:1 (HF : NH4F = 12.5 : 87.5%) in VLSI-quality.
Silver Paste DuPont 4929N Conductive Silver Composite.
Ultrasonic Cleaner Bransonic 12 Ultrasonic Cleaning Bath
Tube Furnace AET Technologies Heat Treatment Furnace
Borosilicate Glass Beaker VWR 213-1128 Iow form
PTFE Beaker Dynalon PTFE Beaker
Substrate holder "dipper" Eberlé Custom made dipper
Magnetron Sputtering PLASSYS Sputtering system 5 chambers for targets.
Metal targets Neyco S.A. Purity > 99.9%
X-Ray Photoelectron Spectroscopy System Omicron Custom XPS System
X-Ray Source Omicron DAR 400 Twin Anode X-Ray Source.
Energy Analyser Omicron EA 125
Atomic Force Microscopy Bruker Innova AFM
Atomic Force Microscopy Probes Olympus OMCL-AC160TS-R3 Micro Cantilevers
Wire bonding Kulicke & Soffa 4523AD
PPMS Quantum Design PPMS Dynacool 9T magnet.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ohtomo, A., Hwang, H. Y. A high-mobility electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface. Nature. 427, 423-426 (2004).
  2. Stornaiuolo, D., et al. Tunable spin polarization and superconductivity in engineered oxide interfaces. Nat. Mater. 15, (3), 278-283 (2015).
  3. Chen, Y. Z., et al. Extreme mobility enhancement of two-dimensional electron gases at oxide interfaces by charge-transfer-induced modulation doping. Nat. Mater. 14, (8), 801-806 (2015).
  4. Rödel, T. C., et al. Universal Fabrication of 2D Electron Systems in Functional Oxides. Adv. Mater. 28, (10), 1976-1980 (2016).
  5. Xie, Y., Hikita, Y., Bell, C., Hwang, H. Y. Control of electronic conduction at an oxide heterointerface using surface polar adsorbates. Nat. Commun. 2, 494 (2011).
  6. Scheiderer, P., Pfaff, F., Gabel, J., Kamp, M., Sing, M., Claessen, R. Surface-interface coupling in an oxide heterostructure: Impact of adsorbates on LaAlO3/SrTiO3. Phys. Rev. B. 92, (19), (2015).
  7. Vaz, D. C., et al. Tuning Up or Down the Critical Thickness in LaAlO3/SrTiO3 through In Situ Deposition of Metal Overlayers. Adv. Mater. 29, (28), 1700486 (2017).
  8. Schlom, D. G. Perspective: Oxide molecular-beam epitaxy rocks. APL Mater. 3, (6), 1-6 (2015).
  9. Segal, Y., Ngai, J. H., Reiner, J. W., Walker, F. J., Ahn, C. H. X-ray photoemission studies of the metal-insulator transition in LaAlO3/SrTiO3 structures grown by molecular beam epitaxy. Phys. Rev. B. 80, (24), 241107 (2009).
  10. Dildar, I. M., et al. Growing LaAlO3/SrTiO3 interfaces by sputter deposition. AIP Adv. 5, (6), 67156 (2015).
  11. Kawasaki, M., et al. Atomic control of the SrTiO3 crystal surface. Science (80-). 266, 1540 (1994).
  12. Zhang, J., et al. Depth-resolved subsurface defects in chemically etched SrTiO3. Appl. Phys. Lett. 94, (9), 1-4 (2009).
  13. Connell, J. G., Isaac, B. J., Ekanayake, G. B., Strachan, D. R., Seo, S. S. A. Preparation of atomically flat SrTiO3 surfaces using a deionized-water leaching and thermal annealing procedure. Appl. Phys. Lett. 101, (25), 98-101 (2012).
  14. van der Heide, P. X-ray Photoelectron Spectroscopy: An introduction to Principles and Practices. 2011, (2011).
  15. Wagner, C. D., Riggs, W. M., Davis, L. E., Moulder, J. F. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy. John Wiley & Sons, Inc. Eden Prairie, Minnesota, USA. (1979).
  16. van der Pauw, L. J. A method of measuring the resistivity and Hall coefficient on lamellae of arbitrary shape. Philips Tech. Rev. 20, 220-224 (1958).
  17. Brinks, P., Siemons, W., Kleibeuker, J. E., Koster, G., Rijnders, G., Huijben, M. Anisotropic electrical transport properties of a two-dimensional electron gas at SrTiO3-LaAlO3 interfaces. Appl. Phys. Lett. 98, (24), 242904 (2011).
  18. Lesne, E. Non-Equilibrium Spin Accumulation Phenomenon at the LaAlO3/SrTiO3(001) Quasi-Two-Dimensional Electron System. Université Pierre et Marie Curie. France. Ph.D. Thesis (2015).
  19. Sato, H. K., Bell, C., Hikita, Y., Hwang, H. Y. Stoichiometry control of the electronic properties of the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface. Appl. Phys. Lett. 102, (25), 251602 (2013).
  20. Warusawithana, M. P., et al. LaAlO3 stoichiometry is key to electron liquid formation at LaAlO3/SrTiO3 interfaces. Nat. Commun. 4, (2013).
  21. Arras, R., Ruiz, V. G., Pickett, W. E., Pentcheva, R. Tuning the two-dimensional electron gas at the LaAlO3/SrTiO3(001) interface by metallic contacts. Phys. Rev. B. 85, (12), (2012).
  22. Fu, Q., Wagner, T. Interaction of nanostructured metal overlayers with oxide surfaces. Surf. Sci. Rep. 62, (11), 431-498 (2007).
  23. Chen, Y., et al. Metallic and Insulating Interfaces of Amorphous SrTiO3-based Oxide Heterostructures. Nano Lett. 11, (9), 3774-3778 (2011).
  24. Posadas, A. B., et al. Scavenging of oxygen from SrTiO3 during oxide thin film deposition and the formation of interfacial 2DEGs. J. Appl. Phys. 121, (10), (2017).
  25. Sing, M., et al. Profiling the interface electron gas of LaAlO3/SrTiO3 heterostructures with hard x-ray photoelectron spectroscopy. Phys. Rev. Lett. 102, (17), (2009).
  26. Hasegawa, S. Reflection High-Energy Electron. Charact. Mater. (October 2012) 1925-1938 (2012).
  27. Wrobel, F., et al. Comparative study of LaNiO3/LaAlO3 heterostructures grown by pulsed laser deposition and oxide molecular beam epitaxy. Appl. Phys. Lett. 110, (4), 0-5 (2017).
  28. Blank, D. H. A., Dekkers, M., Rijnders, G. Pulsed laser deposition in Twente: from research tool towards industrial deposition. J. Phys. D. Appl. Phys. 47, (3), 34006 (2014).
  29. Preziosi, D., Sander, A., Barthélémy, A., Bibes, M. Reproducibility and off-stoichiometry issues in nickelate thin films grown by pulsed laser deposition. AIP Adv. 7, (1), (2017).
  30. Hensling, F. V. E., Xu, C., Gunkel, F., Dittmann, R. Unraveling the enhanced Oxygen Vacancy Formation in Complex Oxides during Annealing and Growth. Sci. Rep. 7, 39953 (2017).
  31. Xu, C., Bäumer, C., Heinen, R. A., Hoffmann-Eifert, S., Gunkel, F., Dittmann, R. Disentanglement of growth dynamic and thermodynamic effects in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures. Sci. Rep. 6, 22410 (2016).
  32. Breckenfeld, E., et al. Effect of growth induced (non)stoichiometry on interfacial conductance in LaAlO3/SrTiO3. Phys. Rev. Lett. 110, (19), (2013).
Tillväxt och elektrostatisk och kemiska egenskaper av metall/LaAlO<sub>3</sub>/SrTiO<sub>3</sub> Halvledareheterostructures
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Vaz, D. C., Lesne, E., Sander, A., Naganuma, H., Jacquet, E., Santamaria, J., Barthélémy, A., Bibes, M. Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures. J. Vis. Exp. (132), e56951, doi:10.3791/56951 (2018).More

Vaz, D. C., Lesne, E., Sander, A., Naganuma, H., Jacquet, E., Santamaria, J., Barthélémy, A., Bibes, M. Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures. J. Vis. Exp. (132), e56951, doi:10.3791/56951 (2018).

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