Waiting
Login processing...

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

Engineering

تلفيق وطريقة قياس عنصر Ferroelectric مرنة تستند إلى هيتيرويبيتاكسي فإن دير فالس

Published: April 8, 2018 doi: 10.3791/57221
Automatic Translation
*1, *2, 1, 1, 3
1Key Laboratory of Low Dimensional Materials and Application Technology of Ministry of Education, Xiangtan University, 2Department of Physics, Indian Institute of Science, 3Department of Materials Science and Engineering, National Chiao Tung University
* These authors contributed equally

Summary

في هذه الورقة، نقدم بروتوكولا مباشرة تنمو الفوقي بعد الرصاص مرونة الزركونيوم تيتانات عنصر الذاكرة على ميكا بلدية موسكو.

Abstract

مرنة غير متطايرة ذكريات تلقي الكثير من الاهتمام كما أنها قابلة للتطبيق للأجهزة الإلكترونية المحمولة الذكية في المستقبل، تعتمد على تخزين البيانات عالية الكثافة وقدرات استهلاك الطاقة المنخفضة. ومع ذلك، الذاكرة nonvolatile أكسيد عالي الجودة يقوم على ركائز مرنة كثيرا ما مقيد بخصائص مادية وعملية التصنيع ارتفاع درجة الحرارة لا مفر منه. في هذه الورقة، يقترح بروتوكولا مباشرة النمو الفوقي لكن مرنة الرصاص زركونيوم تيتانات ذاكرة عنصرا في بلدية موسكو ميكا. تمكين طريقة تقنية وقياس الترسيب تنوعاً تلفيق ذاكرة غير متطايرة مرنة بعد واحد-بلورية العناصر اللازمة للجيل القادم من الأجهزة الذكية.

Introduction

نجاح تصنيع عناصر الذاكرة nonvolatile مرنة (نفمي) يلعب دوراً رئيسيا في استغلال الإمكانات الكاملة للإلكترونيات مرنة. تقوم ميزة نفمي خفيفة الوزن واستهلاك منخفضة التكلفة، وانخفاض الطاقة، والسرعة وقدرات تخزين عالية الكثافة بالإضافة إلى تخزين البيانات ومعالجة المعلومات والاتصالات. بيروفسكيتي Pb (Zr، Ti) س3 (PZT) يعمل كنظام شعبية لتطبيقات مثل النظر بالاستقطاب الكبير، والاستقطاب السريع التبديل، ارتفاع درجة حرارة كوري وميدان القسرية منخفضة وارتفاع معامل كهرضغطية. في ذكريات nonvolatile ferroelectric، يمكنك التبديل نبض جهد خارجي الاستقطابات بقايا اثنين بين اتجاهين مستقرة، يمثلها '0' و '1'. وغير متغير، ويمكن إكمال عملية القراءة/الكتابة داخل نانو ثانية. نفمي على أساس العضوية1،2،،من34،،من56 و غير العضوية7،،من89،10 ،11،،من1213،،من1415 ferroelectric مواد جربت على ركائز مرنة. ومع ذلك، يقتصر هذا التكامل ليس فقط عجز ركائز النمو ارتفاع درجة الحرارة ولكن أيضا أداء الجهاز المتدهورة والتسرب الحالي والمكشوف الكهربائية بسبب تلك السطوح أخشن. على الرغم من النتائج الواعدة، تناوب استراتيجيات مثل التخفيف من الركازة8 ونقل طبقة الفوقي على الركازة مرنة15 تعاني صلاحية مقيدة نظراً لعملية متعددة الخطوات المتطورة، عدم القدرة على التنبؤ ونقل، وانطباق محدود.

للأسباب المذكورة آنفا، من المهم استكشاف الركازة ملائمة التي قادرة على التغلب على زيادة الحرارية وتنفيذية محدودة من ركائز لينة المضي قدما بمرونة للإلكترونيات. ميكا مسكوفيت طبيعية (كال2(السي3س10) (OH)2) الركيزة مع ميزات فريدة مثل الذرة ناعمة الأسطح، عالية الثبات الحراري، يفرط الكيميائية، والشفافية العالية، المرونة الميكانيكية، و يمكن استخدام التوافق مع أساليب التصنيع الحالية للتعامل بفعالية مع هذه القضايا. أكثر من ذلك، يدعم هيكل الطبقات ثنائي الأبعاد ميكا أحادي ميل تنضيد فإن دير فالس، مما يخفف من شعرية والحرارية مطابقة الشروط، إلى حد كبير وبالتالي قمع الركيزة لقط تأثير. استغلوا هذه المزايا في النمو المباشر من أكاسيد الوظيفية16،17،،من1819،20،21،22، 23 في بلدية موسكو مؤخرا، ونظرا لمرونة الجهاز تطبيقات.

وهنا، نحن تصف بروتوكولا مباشرة النمو الفوقي الرصاص بعد مرنة الزركونيوم تيتانات (PZT) الأغشية الرقيقة في بلدية موسكو ميكا. ويتحقق ذلك من خلال عملية ترسيب ليزر النبضي الاعتماد على خصائص تنوعاً ميكا، أسفر عن هيتيرويبيتاكسي فإن دير فالس. الاحتفاظ بجميع خصائص متفوقة PZT الفوقي على ركائز بلوري واحد جامد مثل هذه الهياكل ملفقة ومعارض زيادة الحرارية والميكانيكية ممتازة. يوفر ميزة تكنولوجية على نقل متعددة الخطوات والركيزة رقيق استراتيجيات هذا النهج بسيطة وموثوق بها ويسهل تطوير العناصر التي طال انتظارها الذاكرة غير متغير مرن بعد واحد-بلورية شرط أساسي الجيل القادم من الأجهزة الذكية مع الأداء العالي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-اختﻻق الأغشية الرقيقة PZT مرنة

  1. قص الركازة ميكا 1 سم × 1 سم من ورقة ميكا مع المقص.
  2. إصلاح هذه الركيزة ميكا 1 سم × 1 سم على طاولة لاستخدام الشريط على الوجهين.
  3. استخدام الملقط لقشر قبالة ميكا الطبقة-من-الطبقة حتى السمك المطلوب (50 ميكرومتر)، تقاس مع ميكرومتر.
  4. لصق هذا طازجة المشقوق الركازة ميكا على الركازة حامل 5 '' باستخدام طبقة رقيقة من الطلاء الفضة والشفاء منه عند 120 درجة مئوية على صفيحة ساخنة لمدة 10 دقائق بإلصاق ميكا على الركيزة بشدة.
  5. وضع حامل الركيزة الملعوبة (ترسب الليزر النبضي) في قاعة الملعوبة.
  6. حدد معدل التكرار (مثلاً، 10 هرتز) والطاقة (مثلاً، 300 مللي جول) بالليزر.
  7. حرك عدسة التركيز إلى الموضع المحدد.
  8. فتح المصراع وإيداع 5 نانومتر CoFe2س4 (CFO) [الليزر الطاقة: 300 مللي جول، وضغط الأكسجين: 50 متورر، ودرجة حرارة العينة: 590 درجة مئوية، وترسب الوقت: 5 دقائق] رقيقة الفيلم كطبقة عازلة بتحريك الليزر (الشكل 1).
  9. إيداع 20-80 شمال البحر الأبيض المتوسط (SRO) سرو3 [الليزر الطاقة: 300 مللي جول، وضغط الأكسجين: 100 متور، درجة حرارة العينة: 680 درجة مئوية، وترسب الوقت: 10-30 دقيقة] على الطبقة العازلة الفلبينيين في الخارج كالقطب السفلي لاختبارات الأداء الكهربائية اللاحقة بتحريك (الليزر الشكل 1).
  10. الإيداع 150 نانومتر PZT [الليزر الطاقة: 300 مللي جول، وضغط الأكسجين: 100 متورر، ودرجة حرارة العينة: 650 درجة مئوية، وترسب الوقت: 60 دقيقة] رقيقة الفيلم على رأس المؤسسة أسفل القطب بتحريك الليزر (الشكل 1).
  11. التنفيس عن الدائرة باستخدام N2 وإزالة عينة PZT/ميكا (الشكل 2) وعندما تصل درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة.
  12. وضع العينة على قطعة من الزجاج.
  13. وضع شبكة المصممة مسبقاً مع 200 ميكرومتر قطر على رأس النموذج. إصلاح الشبكة جيدا ووضع عينة مش في قاعة اﻷخرق.
  14. استخدام DC اﻷخرق (10 mA، [مبر] 8، 6 دقيقة) إيداع كبار أقطاب حزب العمال على الفيلم. إزالة النموذج بعد اﻷخرق.
  15. استخدام حمض HF سكين أو 20% لإزالة مقطع PZT 1 مم × 1 مم. هذا هو الكشف عن مسرى المؤسسة السفلي وتشكيل كثير من المكثفات ferroelectric المرنة الصغيرة.
    ملاحظة: تنمو المؤسسة كمسري السفلي، وإيداع ثم حزب العمال على رأس أقطاب كهربائية على الأفلام بالعاصمة اﻷخرق لتشكيل المكثفات صغيرة كثيرة لقياس الخصائص الإلكترونية للفيلم PZT رقيقة، والذي يظهر في الشكل 3.
  16. طلاء طبقة من الفضة موصلة على المؤسسة تتعرض لزيادة الموصلية الكهربائية القطب السفلي المكتب الإقليمي. ضمان أن الفضة موصلة يمكن الاتصال بالمؤسسة المكشوفة.

2-فيرويليكتريك الوصف

  1. اختبار الانحناء
    1. على مساعدات العينة مرنة، الصق قطعة من الورق بنفس حجم العينة لسهولة نقل العينة من مرحلة إلى أخرى.
    2. ضع PZT/الميكا على لوحة الاختبار لمحلل جهاز اختبار فيرويليكتريك النظام وأشباه الموصلات.
    3. وضع مسبار قياس واحد لمحلل جهاز اختبار فيرويليكتريك النظام وأشباه الموصلات على مسرى Pt أعلى ووضع المسبار قياس أخرى على طبقة الفضة-المؤسسة للحصول على الحلقات التباطؤ مجال الاستقطاب-كهربائي (ع-ه) و منحنيات الحقل السعة الكهربائية (ج-ه) بينما تكون العينة unbent.
      1. قياس الحلقات التباطؤ ف ه مع تحقيقات اثنين بتردد 2 كيلو هرتز وفي 4 منحنيات قياس ف ج-E مع الاثنين يسبر بتردد 1 ميغاهرتز و 4 ف. إزالة عينة unbent.
    4. تأمين مرونة PZT/ميكا رقيقة على القالب المطلوب باستخدام الشريط على الوجهين. الحرص على تجنب الانزلاق/التزلق ميكا أثناء أخذ القياس.
    5. جبل على مجلس اختبار محلل جهاز اختبار فيرويليكتريك النظام وأشباه الموصلات.
    6. وضع المسبار واحد على مسرى أعلى نقطة في حين يتطرق التحقيق الأخرى مسرى أسفل المكتب الإقليمي عن طريق الفضة طلاء مشابه للتكوين المستخدمة في وقت سابق (الخطوة 2.1.3).
    7. قياس ه ف التباطؤ الحلقات ومنحنيات جيم-هاء تحت الشد والضغط الانحناء (الشكل 4) إنصاف أقطار مختلفة.
      1. قياس الحلقات التباطؤ ف ه مع تحقيقات اثنين بتردد 2 كيلو هرتز وفي منحنيات قياس ف ج-ه 4 مع تحقيقات اثنين بتردد 1 ميجا هرتز والساعة 4 الخامس.
    8. إزالة عينة PZT مرنة عند اكتمال القياسات ف ه وج-ه.
  2. الثبات الحراري
    1. وضع PZT/الميكا على لوحة الاختبار لمحلل جهاز اختبار فيرويليكتريك النظام وأشباه الموصلات.
    2. وضع مسبار قياس واحد على مسرى Pt أعلى ووضع المسبار قياس أخرى على طبقة الفضة-المكتب الإقليمي.
    3. فتح نظام مراقبة درجة الحرارة لتسخين العينة.
    4. إجراء قياسات ف ه وج-ه في درجات حرارة مختلفة (25 درجة مئوية، 50 درجة مئوية، 75 درجة مئوية، 100 درجة مئوية، 125 درجة مئوية، 150 درجة مئوية، 175 درجة مئوية).
    5. إيقاف تشغيل سخان الجمعية العامة بعد الانتهاء من القياسات.
  3. اختبارات سيكلابيليتي الانحناء
    1. جبل مرنة PZT/الميكا في الأخاديد اثنين من هذه الإعداد.
    2. إصلاح نهاية واحد من العينة في حين أنها عازمة من الطرف الآخر مع المعونة من المحرك.
    3. استخدم مسطرة لقياس طول PZT/ميكا جنبا إلى جنب مع اتجاه الحركة (الانحناء) المحرك قبل 8 مم الانحناء العملية (الشكل 5).
    4. حساب طول حركة ج لثني العينة 5 مم وفقا للصيغة: C=L-2Rsin(L/2R)، حيث L هو طول PZT/ميكا في الدولة unbent والبحث والتطوير هو إنصاف أقطار الانحناء و C هو طول حركة السيارات.
    5. تعيين عدد من الانحناء دورات (1000) في الكمبيوتر (الشكل 6).
    6. انقر فوق زر ابدأ لبدء حركة السيارات ذهابا وإيابا (الشكل 6).
    7. إزالة العينة وقياس P-E للتحقق ما إذا كان يتم الاحتفاظ بخصائص فيرويليكتريك.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

أفلام رقيقة PZT/المؤسسة/المدير المالي/ميكا الفوقي ترسبت مع تقنية الليزر النبضي ترسب كما هو موضح في الخطوة 1. ويبين الشكل 1 مخطط النمو ويبين الشكل 2 عنصر NVM مرنة الفعلي استناداً PZT.

الاستقرار الميكانيكي أحد جوانب الهامة لتطبيق جهاز مرنة. وكان تقييم أداء ferroelectric العيانية هيتيروستروكتوري ضد الثناء الميكانيكية تحت الانحناء الشد والضغط على حد سواء. الشكل 7a و 7b إظهار الحلقات التباطؤ ف ه وج-ه من المكثفات PZT تحت مختلف ضاغطة والشد الانحناء إنصاف أقطار (R). يظهر الشكل 7 ج المستمر فجلس, Pr, قيم هج والسعة ضمن أخطاء تجريبية ضمن نصف قطر الانحناء مختلفة. حسب تقدير القيم المناظرة في سلالة الاسمية Equation 1 حيث η = tو /tS، χ = Yو /YS، Yو معامل يونغ طبقة PZT وهو YS يونغ معامل والميكا وتتميز أيضا. وتوحي هذه النتائج أن مكثف film رقيقة PZT يحافظ على الخصائص الكهربائية مستقرة في ظل القيود الميكانيكية اللازمة لتطبيقات الجهاز مرنة للإلكترونيات، التي كانت أيضا التحقق من مطيافية رامان20.

يتم عرض الحلقات التباطؤ مشبعة جيدا ومتماثل مجال الاستقطاب-كهربائي (ع-ه) ومجال السعة الكهربائية (ج-ه) مع منحنيات "الفراشة" هيتيروستروكتوري قياس 1 ميجا هرتز ودرجات حرارة تتراوح بين 25-175 درجة مئوية لجهاز جديد وفي الشكل 8 (أ) و 8 (ب)، على التوالي. يسلك هذا مكثف ferroelectric الاستقطاب التشبع المستمر (عس)، واستقطاب بقايا (Pr)، وحقل القسرية (هج) والسعة في طائفة واسعة من درجات حرارة كما هو موضح في الشكل 8 ج. كما يحافظ هيتيروستروكتوري عالية الأداء والقدرة على التحمل في درجة حرارة الغرفة وكذلك في 100 درجة مئوية20. هذه النتائج تعني أن هيتيروستروكتوري PZT/ميكا يمكن أن التطبيقات المحتملة في الأجهزة الإلكترونية ذات درجة الحرارة العالية.

أجريت سلسلة من الاختبارات سيكلابيليتي للتحقق من صحة هيتيروستروكتوريس PZT/ميكا للتطبيقات العملية. ويبين الشكل 9 حلقات ف ه قبل وبعد دورات الانحناء 1000 في كلتا الدولتين إجهاد الشد والضغط. الحلقات ف ه في مختلف أوضاع الانحناء يشرد رأسياً من أجل الراحة. جدير بالذكر أن هيتيروستروكتوري يحتفظ بسلوكها فيرويليكتريك حتى بعد 1000 دورات الانحناء في نصف قطرها 5 ملم بغض النظر عن طبيعة الانحناء إجهاد الانحناء.

Figure 1
الشكل 1 . مخطط نمو عنصر ذاكرة مرنة في ميكا. إخلاء الدائرة لضغط قاعدة (~ 10-6 ميلليمتر زئبق) ورفع درجة حرارة العينة إلى 590 درجة مئوية. قم بضبط ضغط الأكسجين إلى 50 متور نمو كبير المدراء الماليين. زيادة درجة الحرارة إلى 680 درجة مئوية وضبط ضغط الأكسجين متور 100 تنمو في المؤسسة. انخفاض درجة الحرارة إلى 650 درجة مئوية وضبط ضغط الأكسجين إلى 100 متورر تنمو في PZT. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 . صورة لعنصر ذاكرة مرنة في ميكا. عنصر ذاكرة مرنة يمكن أن تكون عازمة بسهولة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 . التكوين التخطيطي لقياس ه ف التباطؤ الحلقات ومنحني ه ج. استخدام مسبار واحد، بينما التحقيق الأخرى اتصالات أقطاب حزب العمال أعلى على أفلام لقياس الخصائص الإلكترونية رقيقة PZT القطب السفلي الاتصال المؤسسة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 . قوالب مع مختلف ثابتة الانحناء إنصاف أقطار (R)- أدلى/رسمت باستخدام أوتوكاد التصاميم العفن الانحناء وطباعتها باستخدام طابعة 3D. هذه القوالب لإنصاف أقطار الانحناء ثابت (R) الحث على سلالات الثني عنها الضغط والشد (R = مم ±12.5، مم ±10.0، ±7.5 مم، ومم ±5.0، ±2.5 مم، علامة إيجابية (السلبية) يناظر إجهاد الشد (ضاغطة) خضوع هيتيروستروكتوريس عندما شنت عليها). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5 . الانحناء مرحلة أداء الانحناء دورات test. يقاس طول هيتيروستروكتوري (ج) قاعدة في ولاية unbent. لقياس دورة الانحناء، تستخدم مساعدة الحاسوب بني المنزل الإعداد الانحناء. مرحلة الانحناء يتكون من اثنين من الأسلحة مع الأخاديد على عقد صفائح رقيقة. ذراع واحدة ثابتة بينما يمكن نقل الذراع الأخرى لثني ورقة رقيقة مع محرك السائر موصول بالكمبيوتر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
الرقم 6 . برنامج البروتوكول إجراء اختبارات الانحناء. استخدام الحاسوب بني المنزل الإعداد الانحناء للسيطرة على حركة السيارات. يسمح الإعداد طول العينة تكون عازمة بتوفير التشرد صغيرة مثل 1 ميكرومتر في مرحلة الانحناء. أحد يمكن تعيين إنصاف أقطار الانحناء (انظر 2.3.4) فضلا عن إجراء دورات الانحناء. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 7
الشكل 7 . خصائص ferroelectric تحت مختلف إنصاف أقطار الانحناء. الاعتماد على المجال الكهربائي () السعة الاستقطاب و (ب) تحت الشد والضغط الانحناء إنصاف أقطار مختلفة. (ج) تشبع الاستقطاب (فس)، بقايا الاستقطاب (Pr) وحقل القسرية (هج) والسعة كدالة لنصف قطر الانحناء. وترد القيم المناظرة في سلالة أيضا (انظر النص). وقد تم تعديل هذا الرقم مع إذن20. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 8
الشكل 8 . خصائص فيرويليكتريك تحت درجة حرارة عالية- الاعتماد على المجال الكهربائي () السعة الاستقطاب و (ب) عند درجات حرارة مختلفة. (ج) تطور الحرارية فس، فص، هج والسعة. وقد تم تعديل هذا الرقم مع إذن20. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 9
الرقم 9 . خصائص ferroelectric بعد الانحناء دورات. حلقات التباطؤ ف ه تحت الشد والضغط الانحناء دائرة نصف قطرها 5 مم قبل وبعد 10 إلى 1000 دورة الانحناء. وقد تم تعديل هذا الرقم مع إذن20. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

خطوة رئيسية في تصنيع عناصر ferroelectric يكمن في استخدام سطح الركازة نظيفة وحتى/شقة. على الرغم من سطح ميكا طازجة ملصوق على نحو سلس الذرة، من الضروري أن يولي اهتماما للحيلولة دون معاناة تفتيت مرئية الأسطح، وتقسيم الطبقات، والشقوق، تضمينات، إلخ بعد ترسيب طبقة PZT، كان تبريد العينة تحت ضغط الأكسجين المرتفعة (200-500 ميلليمتر زئبق) للحد من الشواغر الأوكسجين. وأودعت السابقين الموقع العلوي أقطاب البلاتين عبر شبكة المعرفة مسبقاً لتشكيل العديد من العناصر مكثف Pt/PZT/المكتب الإقليمي. القيام باختبارات الانحناء، تعلق العينة على قطعة من الورق لإبعاد مماثلة لتمكين تحويل العينة بشكل سهل بين قوالب مختلفة. القوالب المستخدمة ميكانيكيا إجهاد العينة تحت الضغط أو الشد من الدول تم طباعته باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. أثناء اختبارات ركوب الدراجات، عقدت طرفي العينة بشدة لتفادي الانزلاق من طبقات ميكا.

ومع ذلك، يقيد المساحة الصغيرة الملازمة لتوحيد أسلوب الملعوبة انطباقه في الإنتاج على نطاق كبير. عملية اختيار قطعة جيدة من ميكا دون الشقوق أيضا مضيعة للوقت. لا يمكن امتدت والميكا وضغطها، وتبعاً لذلك لا يمكن تمدد الأجهزة التي نمت على ميكا أو مضغوط جداً. الكثير من المواد التي نمت على ميكا بحاجة إلى طبقة عازلة للحصول على فيلم الجيد، ومما يزيد من التعقيد لعملية الإنتاج. هذه المسائل الملازمة لتقييد تطوير أجهزة مرنة. وهكذا، أنها ضرورية لفهم الآليات التي تحكم التنو والنمو أثناء تنضيد فإن دير فالس بالتفصيل والإلكترونية اقتران عبر فإن دير فالس-هيتيروينتيرفاسيس من أجل التحايل على هذا هذه القضايا.

وتشمل الاستراتيجيات المستخدمة حاليا لتحقيق نفمي مرونة استخدام البوليمر الركازة، رقيق الأسلوب الركيزة أو الفوقي والنقل. على الرغم من أن يحمل ركائز البوليمر الامتثال الميكانيكية ممتازة، استقرارها انخفاض درجات الحرارة يؤثر على أداء الجهاز بطريقة سلبية. رقيق الركيزة8 أو النمو الفوقي ونقل بعد ذلك على مرونة البوليمر الركازة15 ينطوي أيضا، عملية شاقة متعددة الخطوات. 23 تنضيد فإن دير فالس تضم22ميكا،ليس فقط يقلل من شعرية وشروط مطابقة الحرارية لكن يخفف أيضا من الركازة لقط الأثر، مفيدة لتحقيق نظم الفوقي مع مقاييس الأداء مماثلة لنظيراتها الأكبر بلوري واحد كما تنعكس في PZT/ميكا. وعلاوة على ذلك، الركيزة ميكا الطبقات 2D يعطي الميزة لتحقيق عناصر الذاكرة الحرة-الدائمة-مثل التي تحافظ على السلوك ferroelectric قوية ضد القيود الميكانيكية والحرارية. يمتلك النظام PZT/ميكا أفضل أداء بين جميع عناصر الذاكرة مرنة حتى الآن20، التي تلتف على المسائل المتعلقة بمختلف النهج المذكورة أعلاه.

شفافية ميكا يمكن استغلالها لتحقيق نفمي شفافة. نظراً لطبيعة تنضيد فإن دير فالس (شبه)، ويمكن توسيع قاعدة مادية تتجاوز التركيبات المادية المحدودة المتأصلة تنضيد التقليدية. ومن المتوقع أن فإن دير فالس تنضيد على ميكا سيثير اهتمام كبير للبحوث في تصميم وتطوير الجيل القادم من أجهزة إلكترونية مرنة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب قد لا يوجد تضارب المصالح المالية الكشف عن.

Acknowledgments

هذا العمل كان تدعمها مؤسسة العلوم الطبيعية الصينية الوطنية (المنحة رقم 11402221 و 11502224) ومحاكاة "الدولة مفتاح المختبر من نابض الإشعاع المكثف" وتأثير (SKLIPR1513) والبحوث الرئيسية مقاطعة هونان وخطة التنمية (رقم أسبوع 2014 من 2016).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
hot plate Polish P-20
PLD system PVD products PLD 5000
Ferroelectric test system  Radiant Technologies Precisions workstations  RT66A
Semiconductor device analyzer  Agilent  B1500A
Bending molds home-made Machined teflon material
Bending stage home-built Labview interfaced setup which provides a prescise displacemnt as small as 1 micrometer
Sputtering system Beijing Elaborate ETD-3000
Materials
mica(001) sheets Nilaco corporation  990066
conductive silver paint Ted Pella, INC No.16033
CoFe2O4 target Kurt J.Lesker
SrRuO3 target Kurt J.Lesker
PbZr0.2Ti0.8O3 target Kurt J.Lesker
Pt target Hefei Ke jing

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kim, W. Y., Lee, H. C. Stable ferroelectric poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) film for flexible nonvolatile memory application. IEEE Electron Device Letters. 33 (2), 260-262 (2012).
  2. Mao, D., Quevedo-Lopez, M. A., Stiegler, H., Gnade, B. E., Alshareef, H. N. Optimization of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) films as non-volatile memory for flexible electronics. Organic Electronics. 11 (5), 925-932 (2010).
  3. Lee, G. G., et al. The flexible non-volatile memory devices using oxide semiconductors and ferroelectric polymer poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene). Applied Physics Letters. 99 (1), 012901-012903 (2011).
  4. Kim, R. H., et al. Non-volatile organic memory with sub-millimeter bending radius. Nature Communications. 5, 3583-3594 (2014).
  5. Liu, J., et al. Fabrication of Flexible, All-Reduced graphene oxide non-volatile memory devices. Advanced Materials. 25 (2), 233-238 (2013).
  6. Ji, Y., et al. Stable switching characteristics of organic nonvolatile memory on a bent flexible substrate. Advanced Materials. 22 (28), 3071-3075 (2010).
  7. Ghoneim, M. T., et al. Thin PZT-based ferroelectric capacitors on flexible silicon for nonvolatile memory applications. Advanced Electronic Materials. 1 (6), 1500045-1500054 (2015).
  8. Ghoneim, M. T., Hussain, M. M. Study of harsh environment operation of flexible ferroelectric memory integrated with PZT and silicon fabric. Applied. Physics. Letters. 107 (5), 052904-052908 (2015).
  9. Zuo, Z., et al. Preparation and ferroelectric properties of freestanding Pb(Zr,Ti)O3 thin membranes. Journal of Physics D: Applied Physics. 45 (18), 185302-185306 (2012).
  10. Kingon, A. I., Srinivasan, S. Lead zirconate titanate thin films directly on copper electrodes for ferroelectric, dielectric and piezoelectric applications. Nature Materials. 4 (3), 233-237 (2005).
  11. Shelton, C. T., Gibbons, B. J. Epitaxial Pb(Zr,Ti)O3 thin films on flexible substrates. Journal of the American Ceramic Society. 94 (10), 3223-3226 (2011).
  12. Rho, J., et al. PbZrxTi1−xO3 Ferroelectric thin-film capacitors for flexible nonvolatile memory applications. IEEE Electron Device Letters. 31 (9), 1017-1019 (2010).
  13. Bretos, I., et al. Activated Solutions Enabling Low-Temperature processing of functional ferroelectric oxides for flexible electronics. Advanced Materials. 26 (9), 1405-1409 (2014).
  14. Tsagarakis, E. D., Lew, C., Thompson, M. O., Giannelis, E. P. Nanocrystalline barium titanate films on flexible plastic substrates via pulsed laser annealing. Applied Physics Letters. 89 (20), 202910-202912 (2006).
  15. Bakaul, S. R., et al. High speed epitaxial perovskite memory on flexible substrates. Advanced Materials. 29 (11), 1605699-1605703 (2017).
  16. Li, C. I., et al. Van der Waal epitaxy of flexible and transparent VO2 film on muscovite. Chemistry of Materials. 28 (11), 3914-3919 (2016).
  17. Ma, C. H., et al. Van der Waals epitaxy of functional MoO2 film on mica for flexible electronics. Applied Physics Letters. 108 (25), 253104-253108 (2016).
  18. Bitla, Y., et al. Oxide heteroepitaxy for flexible optoelectronics. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (47), 32401-32407 (2016).
  19. Wu, P. C., et al. Heteroepitaxy of Fe3O4/muscovite: A new perspective for flexible spintronics. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (49), 33794-33801 (2016).
  20. Jiang, J., et al. Flexible ferroelectric element based on van der Waals heteroepitaxy. Science Advances. 3 (6), e1700121-e1700128 (2017).
  21. Amrillah, T., et al. Flexible multiferroic bulk heterojunction with giant magnetoelectric coupling via van der waals epitaxy. ACS Nano. 11 (6), 6122-6130 (2017).
  22. Bitla, Y., Chu, Y. H. MICAtronics: A new platform for flexible X-tronics. Flat Chem. 3, 26-42 (2017).
  23. Chu, Y. H. Van der Waals oxide heteroepitaxy. Quantum Materials. 2 (1), 67-71 (2017).

Tags

الهندسية، العدد 134، مرنة للإلكترونيات، ذاكرة nonvolatile مرنة، والميكا بلدية موسكو، فإن دير فالس تنضيد
تلفيق وطريقة قياس عنصر Ferroelectric مرنة تستند إلى هيتيرويبيتاكسي فإن دير فالس
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jiang, J., Bitla, Y., Peng, Q. x.,… More

Jiang, J., Bitla, Y., Peng, Q. x., Zhou, Y. C., Chu, Y. H. A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy. J. Vis. Exp. (134), e57221, doi:10.3791/57221 (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