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Engineering

वान डेर Waals Heteroepitaxy के आधार पर लचीले Ferroelectric तत् व के लिए एक निर्माण और मापन विधि

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

इस पत्र में, हम सीधे एक epitaxial अभी तक लचीला सीसा zirconium titanate स्मृति तत्व muscovite मीका पर बढ़ने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं ।

Abstract

लचीला गैर अस्थिर यादें बहुत ध्यान मिला है के रूप में वे भविष्य में पोर्टेबल स्मार्ट इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस के लिए लागू कर रहे हैं, उच्च घनत्व डेटा भंडारण और कम बिजली की खपत क्षमताओं पर निर्भर है । हालांकि, उच्च गुणवत्ता ऑक्साइड लचीले सब्सट्रेट पर अस्थिर स्मृति आधारित अक्सर सामग्री विशेषताओं और अपरिहार्य उच्च तापमान निर्माण की प्रक्रिया से विवश है । इस पत्र में, एक प्रोटोकॉल सीधे muscovite मीका पर एक epitaxial अभी तक लचीला नेतृत्व zirconium titanate स्मृति तत्व बढ़ने का प्रस्ताव है । बहुमुखी जमाव तकनीक और माप विधि लचीला अभी तक एकल क्रिस्टलीय गैर वाष्पशील स्मृति स्मार्ट उपकरणों की अगली पीढ़ी के लिए आवश्यक तत्वों का निर्माण सक्षम करें ।

Introduction

लचीला अस्थिर स्मृति तत्वों (NVME) के सफल निर्माण लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स की पूरी क्षमता का दोहन करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है । NVME डेटा भंडारण, सूचना प्रसंस्करण और संचार के अलावा हल्के वजन, कम लागत, कम बिजली की खपत, तेज गति और उच्च भंडारण घनत्व क्षमताओं की सुविधा होगी । Perovskite पीबी (Zr, ती) हे3 (PZT) अपने बड़े ध्रुवीकरण, तेजी से ध्रुवीकरण स्विचन, उच्च क्यूरी तापमान, कम दबाव क्षेत्र और उच्च piezoelectric गुणांक पर विचार ऐसे आवेदनों के लिए एक लोकप्रिय प्रणाली के रूप में कार्य करता है । ferroelectric अस्थिर यादों में, एक बाहरी वोल्टेज पल्स दो स्थिर दिशाओं के बीच दो अवशेष ध्रुवीकरण स्विच कर सकते हैं, ' 0 ' और ' 1 ' का प्रतिनिधित्व किया. यह गैर-अस्थिर है, और लिखने/पठन प्रक्रिया नैनोसेकंड के भीतर पूरा किया जा सकता है । NVME पर आधारित कार्बनिक1,2,3,4,5,6 और अकार्बनिक7,8,9,10 ,11,12,13,14,15 ferroelectric सामग्रियों को लचीला सब्सट्रेट करने का प्रयास किया गया है । हालांकि, इस तरह के एकीकरण न केवल उच्च तापमान वृद्धि की, लेकिन यह भी नीचा दिखाया डिवाइस के प्रदर्शन, वर्तमान रिसाव और उनके किसी न किसी तरह के कारण shorting सतहों के लिए न केवल सब्सट्रेट अक्षमता द्वारा सीमित है । आशाजनक परिणाम के बावजूद, सब्सट्रेट8 के thinning और एक लचीला सब्सट्रेट15 पर epitaxial परत हस्तांतरण की तरह वैकल्पिक रणनीतियों परिष्कृत multistep प्रक्रिया के मद्देनजर सीमित व्यवहार्यता पीड़ित, स्थानांतरण की अनिश्चितता, और सीमित प्रयोज्यता ।

aforementioned कारणों के लिए, यह एक उपयुक्त सब्सट्रेट है कि नरम सब्सट्रेट के सीमित थर्मल और परिचालन stabilities आगे बढ़ाने के लिए लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स को दूर करने में सक्षम है का पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण है । एक प्राकृतिक muscovite मीका (कल2(AlSi3हे10) (OH)2) परमाणु चिकनी सतहों, उच्च तापीय स्थिरता, रासायनिक निष्क्रियता, उच्च पारदर्शिता, यांत्रिक लचीलेपन की तरह अनूठी विशेषताओं के साथ सब्सट्रेट, और वर्तमान निर्माण विधियों के साथ संगतता प्रभावी ढंग से इन मुद्दों से निपटने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । अधिक तो, monoclinic मीका के दो आयामी स्तरित संरचना वान डेर Waals epitaxy, जो जाली और थर्मल मिलान की स्थिति को कम करने का समर्थन करता है, जिससे काफी सब्सट्रेट दबाना प्रभाव दबा । कार्यात्मक आक्साइड के16,17,18,19,20,21,22के प्रत्यक्ष विकास में इन फायदों का दोहन किया गया है, 23 muscovite पर हाल ही में, लचीला डिवाइस अनुप्रयोगों को ध्यान में रखते ।

इस के साथ साथ, हम एक प्रोटोकॉल का वर्णन करने के लिए सीधे epitaxial अभी तक लचीला सीसा zirconium titanate (PZT) muscovite मीका पर पतली फिल्मों बढ़ने । यह एक स्पंदित लेजर बयान मीका के बहुमुखी गुणों पर निर्भर प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त की है, वान डेर Waals heteroepitaxy में जिसके परिणामस्वरूप । ऐसे गढ़े संरचनाओं कठोर एकल क्रिस्टलीय सब्सट्रेट पर epitaxial PZT के सभी बेहतर गुणों को बनाए रखने और उत्कृष्ट थर्मल और यांत्रिक stabilities प्रदर्शन । यह सरल और विश्वसनीय दृष्टिकोण multistep पर एक तकनीकी लाभ-हस्तांतरण और रणनीतियों thinning सब्सट्रेट प्रदान करता है और बहुत प्रतीक्षित लचीला अभी तक एकल-क्रिस्टलीय गैर अस्थिर स्मृति तत्वों के लिए शर्त के विकास की सुविधा अगली पीढ़ी के उच्च प्रदर्शन के साथ स्मार्ट उपकरणों ।

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Protocol

1. निर्माण लचीले PZT तनु फिल्ंस

  1. कैंची के साथ एक मीका शीट से एक 1 सेमी एक्स 1 cm मीका सब्सट्रेट कट ।
  2. डबल पक्षीय टेप का उपयोग कर एक मेज पर इस 1 cm x 1 cm अभ्रक सब्सट्रेट ठीक करें ।
  3. का प्रयोग करें चिमटी को छील बंद मीका परत से परत तक इच्छित मोटाई (50 µm), एक माइक्रोमीटर के साथ मापा जब तक ।
  4. चांदी के रंग की एक पतली परत का उपयोग कर एक 5 ' सब्सट्रेट धारक पर इस हौसले से सट मीका सब्सट्रेट पेस्ट करें और यह एक गर्म थाली पर 120 डिग्री सेल्सियस पर का इलाज के लिए 10 मिनट के लिए सब्सट्रेट पर मजबूती अभ्रक ।
  5. PLD (स्पंदित लेजर जमाव) PLD चैंबर में सब्सट्रेट धारक रखो ।
  6. दोहराव दर (जैसे, 10 हर्ट्ज) और लेजर ऊर्जा (जैसे, 300 एम. ए.) का चयन करें ।
  7. सेट स्थिति के लिए ध्यान केंद्रित लेंस ले जाएं ।
  8. शटर खोलें और एक 5 एनएम CoFe2O4 (सीएफओ) [लेजर ऊर्जा जमा: 300 एम. ए., ऑक्सीजन दबाव: 50 mTorr, नमूना तापमान: 590 ° c, साठा समय: 5 min] लेजर ट्रिगर द्वारा एक बफर परत के रूप में पतली फिल्म (चित्रा 1) ।
  9. एक 20-80 एनएम SrRuO जमा3 (सळो) [लेजर ऊर्जा: 300 एम. ए., ऑक्सीजन दबाव: 100 mTorr, नमूना तापमान: 680 डिग्री सेल्सियस, जमाव समय: 10-30 min] बाद के विद्युत प्रदर्शन के लिए नीचे इलेक्ट्रोड के रूप में सीएफओ बफर परत पर लेजर ट्रिगर द्वारा परीक्षण ( चित्र 1) ।
  10. जमा एक 150 एनएम PZT [लेजर ऊर्जा: 300 एम एम, ऑक्सीजन दबाव: 100 mTorr, नमूना तापमान: 650 ° c, जमाव समय: 60 min] लेजर ट्रिगर द्वारा सळो नीचे इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर पतली फिल्म (चित्रा 1) ।
  11. N2 का उपयोग कर कक्ष वेंट और PZT/अभ्रक नमूना (चित्रा 2) जब तापमान कमरे के तापमान तक पहुंच जाता है ।
  12. कांच के एक टुकड़े पर नमूना रखो ।
  13. नमूने के शीर्ष पर 200 µm व्यास के साथ एक डिजाइन जाल रखो । मेष अच्छी तरह से ठीक है और sputtering कक्ष में जाल नमूना डाल दिया ।
  14. फिल्म पर पीटी टॉप इलेक्ट्रोड जमा करने के लिए डीसी sputtering (10 mA, 8 mbar, 6 मिनट) का उपयोग करें । sputtering के बाद नमूना निकालें ।
  15. 1 मिमी x 1 मिमी PZT खंड को हटाने के लिए एक चाकू या 20% HF एसिड का उपयोग करें । यह नीचे सळो इलेक्ट्रोड को उजागर करने के लिए है और कई छोटे लचीला ferroelectric कैपेसिटर फार्म.
    नोट: नीचे इलेक्ट्रोड के रूप में सळो बढ़ाएँ, और फिर PZT पतली फिल्म है, जो चित्रा 3में दिखाया गया है के इलेक्ट्रॉनिक गुणों को मापने के लिए कई छोटे कैपेसिटर बनाने के लिए डीसी sputtering द्वारा फिल्मों पर इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर पीटी जमा करें ।
  16. नीचे सळो इलेक्ट्रोड की विद्युत चालकता को बढ़ाने के लिए उजागर सळो पर प्रवाहकीय चांदी का एक कोट पेंट. सुनिश्चित करें कि प्रवाहकीय चांदी उजागर सळो संपर्क कर सकते हैं ।

2. Ferroelectric लक्षण वर्णन

  1. झुकने परीक्षण
    1. लचीले नमूने की पीठ पर, गोंद एक चरण से दूसरे के लिए नमूना के आसान हस्तांतरण के लिए नमूने के रूप में एक ही आकार के साथ कागज का एक टुकड़ा ।
    2. PZT/अभ्रक ferroelectric परीक्षण प्रणाली और अर्धचालक डिवाइस विश्लेषक के परीक्षण बोर्ड पर रखें ।
    3. पीटी शीर्ष इलेक्ट्रोड पर ferroelectric परीक्षण प्रणाली और अर्धचालक डिवाइस विश्लेषक की एक माप जांच रखो और ध्रुवीकरण-बिजली के क्षेत्र (पी-ई) हिस्टैरिसीस छोरों पाने के लिए चांदी-सळो परत पर अन्य माप जांच डाल दिया और संधारित्र-बिजली के क्षेत्र (सी-ई) घटता है, जबकि नमूने के लिए कटिबद्ध है ।
      1. एक 2 kHz आवृत्ति पर दो जांच के साथ पी ई हिस्टैरिसीस छोरों को मापने और 4 वी. माप पर एक 1 मेगाहर्ट्ज आवृत्ति में दो जांच के साथ सी-ई curves और 4 v. झुके हुए नमूने को निकालें ।
    4. डबल पक्षीय टेप का उपयोग कर वांछित मोल्ड पर लचीले PZT/ माप के दौरान मीका के फिसल/ग्लाइडिंग से बचने के लिए ध्यान रखें ।
    5. यह ferroelectric परीक्षण प्रणाली और अर्धचालक डिवाइस विश्लेषक के परीक्षण बोर्ड पर माउंट ।
    6. पीटी शीर्ष इलेक्ट्रोड पर एक जांच रखो, जबकि अंय जांच छू नीचे चांदी कोटिंग के माध्यम से सळो इलेक्ट्रोड पहले इस्तेमाल विंयास के समान (step 2.1.3) ।
    7. विभिन्न तन्यता और संपीड़न झुकने radii (चित्रा 4) के तहत पी ई हिस्टैरिसीस छोरों और सी-ई curves को मापने.
      1. एक 2 kHz आवृत्ति पर दो जांच के साथ पी ई हिस्टैरिसीस छोरों को मापने और 4 वी. माप सी-ई curves एक 1 मेगाहर्ट्ज आवृत्ति पर और 4 वी में दो जांच के साथ ।
    8. पी-ए और सी-ई माप पूरा होने पर फ्लेक्सिबल PZT सैंपल निकाल लें ।
  2. थर्मल स्थिरता
    1. PZT/अभ्रक ferroelectric परीक्षण प्रणाली और अर्धचालक डिवाइस विश्लेषक के परीक्षण बोर्ड पर रखो ।
    2. पीटी टॉप इलेक्ट्रोड पर एक माप जांच रखो और चांदी-सळो परत पर अन्य माप जांच डाल दिया ।
    3. नमूना गर्मी के लिए तापमान नियंत्रण प्रणाली को खोलें ।
    4. विभिन्न तापमानों (25 ° c, 50 ° c, 75 ° c, 100 ° c, 125 ° सी, 150 ° c, 175 ° c) पर P-e और C-e माप का संचालन करना ।
    5. बंद करने के बाद हीटर विधानसभा बारी माप किया जाता है ।
  3. झुका चक्रीय परीक्षण
    1. इस सेटअप के दो खांचे में लचीले PZT/
    2. यह एक मोटर की सहायता से दूसरे छोर से तुला है, जबकि नमूने के एक छोर को ठीक करें ।
    3. एक शासक का उपयोग करने के लिए आंदोलन के साथ PZT/अभ्रक लंबाई मापने के लिए (झुकने) मोटर के पहले 8 मिमी झुकने प्रक्रिया (चित्रा 5) के लिए दिशा.
    4. गणना आंदोलन लंबाई सी सूत्र के अनुसार नमूना 5 मिमी मोड़ करने के लिए: c = l-2Rsin (l/2R), जहां L की लंबाई है PZT/मीका तुला राज्य में, आर झुकने radii है, और सी मोटर के आंदोलन की लंबाई है ।
    5. कंप्यूटर (चित्र 6) में बेंडिंग चक्र (1000) की संख्या सेट करें ।
    6. आगे और पीछे मोटर गति आरंभ करने के लिए प्रारंभ बटन (चित्रा 6) पर क्लिक करें ।
    7. नमूना निकालें और ferroelectric गुण रखे जाते हैं या नहीं की जाँच करने के लिए P-E को मापने ।

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Representative Results

epitaxial PZT/सळो/सीएफओ/मीका पतली फिल्मों स्पंदित लेजर जमाव तकनीक के साथ जमा किया गया के रूप में चरण 1 में उल्लिखित । चित्रा 1 वृद्धि योजना और चित्रा 2 से पता चलता है एक वास्तविक लचीला NVM PZT के आधार पर तत्व से पता चलता है ।

यांत्रिक स्थिरता लचीला डिवाइस आवेदन का एक महत्वपूर्ण पहलू है । यांत्रिक ठोके के खिलाफ heterostructure के macroscopic ferroelectric प्रदर्शन दोनों तंयता और संपीड़न झुकने के तहत मूल्यांकन किया गया था । चित्रा 7a और 7b विभिन्न संपीड़न और तन्य झुकने radii (आर) के तहत PZT संधारित्र के पी ई और सी-ई हिस्टैरिसीस छोरों दिखा. चित्रा 7c विभिन्न झुकने त्रिज्या के तहत प्रयोगात्मक त्रुटियों के भीतर लगातार पीसैट, पीआर, ईसी और समाई मूल्यों से पता चलता है. इसी नाममात्र तनाव मूल्यों द्वारा अनुमानित जहां η = tf /ts Equation 1 , χ = yf /Ys, yf है मापांक परत के युवा PZT है और yS है जवान है मापांक के मीका भी चिह्नित किए गए हैं । इन परिणामों का सुझाव है कि PZT पतली film संधारित्र लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स डिवाइस अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक यांत्रिक बाधाओं के तहत स्थिर बिजली के गुणों का कहना है, जो भी रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा जांच की गई20.

अच्छी तरह से संतृप्त और सममित ध्रुवीकरण-बिजली के क्षेत्र (पी-ई) हिस्टैरिसीस छोरों और समाई-इलेक्ट्रिक फील्ड (सी-ई) के साथ "तितली" heterostructure के curves 1 मेगाहर्ट्ज और तापमान से लेकर 25-175 ° c एक नई डिवाइस के लिए दिखाया गया है में क्रमशः चित्रा 8a और 8b। इस ferroelectric संधारित्र लगातार संतृप्ति ध्रुवीकरण (पीसैट), एक अवशेष ध्रुवीकरण (पीआर), एक आक्रामक क्षेत्र (ईसी) और एक व्यापक तापमान रेंज में समाई के रूप में दर्शाया आंकड़ा 8cमें दिखाया गया है । heterostructure भी कमरे के तापमान पर उच्च प्रतिधारण और धीरज रखता है और साथ ही 100 डिग्री सेल्सियस पर20। इन परिणामों का मतलब है कि PZT/अभ्रक heterostructure उच्च तापमान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में संभावित आवेदन कर सकते हैं ।

चक्रीय परीक्षणों की एक श्रृंखला बाहर किए गए थे PZT/मीका बिषम व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए मांय करने के लिए । चित्रा 9 से पता चलता है पी ई छोरों से पहले और बाद दोनों तंयता और संपीड़न तनाव राज्यों में 1000 झुकने चक्र । अलग झुकने मोड पर पी ई छोरों सुविधा की खातिर खड़ी विस्थापित कर रहे हैं. यह ध्यान देने योग्य है कि heterostructure अपने ferroelectric व्यवहार को बरकरार रखे हुए भी 1000 झुकने चक्र के बाद 5 मिमी की एक झुका त्रिज्या पर प्रकृति झुकने तनाव के बावजूद ।

Figure 1
चित्र 1 . मीका पर एक लचीली स्मृति तत्व की वृद्धि योजना । एक आधार दबाव को चैंबर खाली (~ 10-6 Torr) और 590 डिग्री सेल्सियस के लिए नमूना तापमान बढ़ा । सीएफओ को बढ़ने के लिए ऑक्सीजन प्रेशर को 50 mTorr तक एडजस्ट करें । 680 डिग्री सेल्सियस के तापमान में वृद्धि और ऑक्सीजन दबाव को समायोजित करने के लिए 100 mTorr सळो बढ़ने के लिए । 650 डिग्री सेल्सियस के तापमान में कमी और PZT बढ़ने के लिए 100 mTorr ऑक्सीजन दबाव समायोजित करें । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2 . मीका पर एक लचीला स्मृति तत्व की तस्वीर । लचीला स्मृति तत्व आसानी से झुके जा सकते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3 . पी ई हिस्टैरिसीस छोरों और सी-ई वक्र को मापने के लिए योजनाबद्ध विंयास । अन्य जांच संपर्कों PZT पतली फिल्म के इलेक्ट्रॉनिक गुणों को मापने के लिए फिल्मों पर पीटी शीर्ष इलेक्ट्रोड संपर्क, जबकि एक जांच का उपयोग कर सळो नीचे इलेक्ट्रोड से संपर्क करें. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 . अलग तय झुकने radii (आर) के साथ molds । झुकने मोल्ड डिजाइन किया गया/तैयार autoCAD का उपयोग कर और एक 3 डी प्रिंटर का उपयोग कर मुद्रित । फिक्स्ड बेंडिंग radii (आर) के इन molds की सूचना दी compression और तन्य झुकने उपभेदों (नि. = ± 12.5 mm, ± 10.0 मिमी, ± 7.5 मिमी, ± 5.0 मिमी, ± 2.5 मिमी, सकारात्मक (नकारात्मक) हस्ताक्षर तन्यता से मेल खाती है (संपीड़न) तनाव कि बिषम से गुजरना जब उन पर चढ़कर). कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5 . झुका मंच झुकने चक्र परीक्षण करने के लिए । heterostructure लंबाई (ग) में एक नियम द्वारा मापा जाता है । झुकने चक्र माप के लिए, एक कंप्यूटर सहायता प्राप्त घर का उपयोग झुकने सेटअप बनाया । झुकने चरण दो हथियारों के खांचे पतली चादरें पकड़ के साथ होते हैं । एक हाथ जबकि दूसरे हाथ एक stepper के कंप्यूटर के साथ इंटरफेस मोटर के साथ एक पतली चादर मोड़ ले जाया जा सकता है तय हो गई है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्र 6 . प्रोग्राम झुकने परीक्षण करने के लिए प्रोटोकॉल । एक कंप्यूटर सहायता प्राप्त घर का उपयोग करने के लिए मोटर के आंदोलन पर नियंत्रण झुकने सेटअप बनाया । सेटअप नमूने की लंबाई झुकने मंच पर 1 µm के रूप में छोटे रूप में विस्थापन प्रदान करने के लिए कटिबद्ध होने की अनुमति देता है । एक झुकने radii सेट कर सकते हैं (2.3.4 देखें) के रूप में के रूप में अच्छी तरह से झुकने चक्र प्रदर्शन. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्र 7 . विभिन्न बेंडिंग radii के अंतर्गत Ferroelectric गुण. बिजली के क्षेत्र पर निर्भरता (एक) ध्रुवीकरण और (ख) विभिन्न तन्यता और संपीड़न झुकने radii के तहत समाई. (ग) संतृप्ति ध्रुवीकरण (पीसैट), अवशेष ध्रुवीकरण (पीआर), लादी क्षेत्र (ईसी) और झुकने त्रिज्या के एक समारोह के रूप में समाई । इसी तनाव मान भी संकेत कर रहे है (पाठ देखें) । यह आंकड़ा20अनुमति के साथ संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8 . उच्च तापमान के तहत Ferroelectric गुण । बिजली के क्षेत्र पर निर्भरता (एक) ध्रुवीकरण और (ख) विभिंन तापमान पर समाई । (ग) पीसैट, पीआर, ईसी और समाई के थर्मल विकास । यह आंकड़ा अनुमति20के साथ संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्र 9 . चक्र झुकने के बाद Ferroelectric गुण । पी-ई हिस्टैरिसीस पहले और 10 से 1000 झुकने चक्र के बाद 5 मिमी की तन्यता और संपीड़न झुकने त्रिज्या के तहत छोरों । यह आंकड़ा20अनुमति के साथ संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

ferroelectric तत्वों के निर्माण में महत्वपूर्ण कदम एक साफ और भी/फ्लैट सब्सट्रेट सतह के उपयोग में निहित है । हालांकि हौसले से सट मीका सतह परमाणु चिकनी है, यह splintering दिखाई पीड़ा से सतहों को रोकने के लिए ध्यान देना आवश्यक है, विभाजन परतों, दरारें, शामिल करने, आदि PZT परत के जमाव के बाद, नमूना एक के तहत ठंडा था ऑक्सीजन रिक्तियों को कम करने के लिए उच्च ऑक्सीजन दबाव (200-500 Torr) । पूर्व सीटू शीर्ष प्लेटिनम इलेक्ट्रोड कई पीटी/PZT/सळो संधारित्र तत्वों फार्म करने के लिए एक पूर्वनिर्धारित जाल के माध्यम से जमा किए गए थे । झुकने परीक्षण बाहर ले जाने के लिए, नमूना समान आयामों के कागज का एक टुकड़ा करने के लिए अलग molds के बीच नमूने का एक आसान हस्तांतरण सक्षम करने के लिए संलग्न किया गया था । compression या तन्यता राज्यों के तहत नमूना खिंचने के लिए इस्तेमाल किए गए मोल्ड्स एक 3डी प्रिंटर द्वारा प्रिंट किए गए थे । साइकिल चालन परीक्षणों के दौरान, नमूने के दोनों सिरों को मजबूती से आयोजित किया गया ताकि मीका परतों की फिसल से बचने के लिए ।

हालांकि, PLD तकनीक की एकरूपता के अंतर्निहित छोटे क्षेत्र बड़े पैमाने पर उत्पादन में अपनी प्रयोज्यता को प्रतिबंधित करता है । दरारों के बिना मीका का एक अच्छा टुकड़ा चुनने की प्रक्रिया भी समय लेने वाली है । अभ्रक बढ़ाया और संकुचित नहीं किया जा सकता है, और तदनुसार मीका पर हो उपकरणों या फैला नहीं संकुचित हो सकता है, भी । अभ्रक पर उगाई गई सामग्रियों का एक बहुत एक बफर परत की जरूरत है एक अच्छी गुणवत्ता की फिल्म है, जो उत्पादन की प्रक्रिया के लिए जटिलता बढ़ जाती है मिलता है । इन अंतर्निहित मुद्दों लचीला उपकरणों के विकास को सीमित । इस प्रकार, यह विस्तार से समझ में आवश्यक है वान डेर Waals epitaxy और इलेक्ट्रॉनिक वान डेर Waals-heterointerfaces पार के दौरान nucleation और विकास के संचालन तंत्र में आदेश यह इन मुद्दों को दरकिनार करने के लिए ।

वर्तमान में लचीला NVME को साकार करने के लिए नियोजित रणनीति एक बहुलक सब्सट्रेट का उपयोग शामिल, सब्सट्रेट या epitaxial-हस्तांतरण तकनीक का thinning. हालांकि बहुलक सब्सट्रेट उत्कृष्ट यांत्रिक अनुपालन प्रदर्शन, उनके कम तापमान स्थिरता एक नकारात्मक तरीके से डिवाइस के प्रदर्शन को प्रभावित करता है. इसके अलावा, सब्सट्रेट8 या epitaxial विकास और लचीला बहुलक सब्सट्रेट15 पर बाद में स्थानांतरण thinning एक multistep थकाऊ प्रक्रिया शामिल है । वान डेर Waals मीका22शामिल epitaxy,23 न केवल जाली और थर्मल मिलान शर्तों को कम करता है, लेकिन यह भी सब्सट्रेट दबाना प्रभाव, प्रदर्शन मैट्रिक्स के साथ epitaxial सिस्टम को साकार करने के लिए फायदेमंद राहत मिलती है PZT/मीका में परिलक्षित के रूप में एकल क्रिस्टलीय थोक समकक्षों के लिए तुलनीय । इसके अलावा, 2d स्तरित मीका सब्सट्रेट मुक्त खड़े-स्मृति तत्वों है कि यांत्रिक और थर्मल की कमी के खिलाफ मजबूत ferroelectric व्यवहार को बनाए रखने की तरह साकार करने का लाभ देता है । PZT/अभ्रक प्रणाली सभी लचीले स्मृति तत्वों के बीच सबसे अच्छा प्रदर्शन के पास20तारीख है, जो विभिंन दृष्टिकोण के मुद्दों को दरकिनार ऊपर कहा गया है ।

पारदर्शी NVME हासिल करने के लिए मीका की पारदर्शिता का फायदा उठाया जा सकता है । (अर्ध) वान डेर Waals epitaxy की प्रकृति के कारण, सामग्री डेटाबेस सीमित सामग्री पारंपरिक epitaxy के लिए निहित संयोजनों से परे विस्तारित किया जा सकता है । यह प्रत्याशित है कि वान डेर Waals epitaxy मीका पर डिजाइन और लचीला इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की अगली पीढ़ी के विकास में पर्याप्त अनुसंधान ब्याज ट्रिगर होगा ।

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Disclosures

लेखकों की कोई होड़ वित्तीय हितों का खुलासा नहीं है.

Acknowledgments

इस काम को राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन ऑफ चाइना (ग्रांट नग. ११४०२२२१ और ११५०२२२४) द्वारा समर्थित किया गया, तीव्र स्पंदित विकिरण सिमुलेशन और प्रभाव (SKLIPR1513) और हुनान प्रांतीय प्रमुख अनुसंधान और विकास योजना (सं. 2016WK2014) ।

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

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अभियांत्रिकी अंक 134 लचीली इलेक्ट्रॉनिक्स लचीली अस्थिर स्मृति muscovite मीका वान डेर Waals epitaxy
वान डेर Waals Heteroepitaxy के आधार पर लचीले Ferroelectric तत् व के लिए एक निर्माण और मापन विधि
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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).

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