Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Büyüme ve Elektrostatik/kimyasal özellikleri Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

9.9K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/56951

⸱

8 Şubat 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Université Paris-Saclay, 2Max Planck Institut für Mikrostrukturphysik, 3Department of Applied Physics, Tohoku University, 4Instituto de Magnetismo Aplicado, Universidad Complutense de Madrid

Bu makalede

Özet

Biz bir lazer biriktirme ve in situ magnetron SAÇTIRMA kullanarak metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures imal. Magnetotransport ve in situ x-ışını photoelectron spektroskopisi deneyler, bu sistemde oluşan yarı iki boyutlu elektron gaz Elektrostatik ve kimyasal olayların arasındaki etkileşimi araştırıyoruz.

Özet

LaAlO3 (LAO) ve SrTiO3 (STO) arasında arayüz oluşturur yarı 2D elektron sistemi (q2DES) oksit elektronik topluluk fazla dikkat çekti. Bir 4 birimini-hücreleri (uc) ortaya interfacial iletkenlik için kritik LAO kalınlığı varlığı onun hallmark özelliklerinden biri. Elektrostatik mekanizmaları bu kritik kalınlığı varlığını açıklamak için geçmişte önerilmiştir rağmen kimyasal kusurları önemi son zamanlarda vurgulandı. Burada, metal/LAO/STO heterostructures büyüme (LAO büyümeye) lazer biriktirme, (metal büyümeye) magnetron fışkırtması ve x-ışını photoelectron spektroskopisi (XPS) birleştiren bir ultra yüksek vakum (UHV) küme sistemi içinde açıklayın. Adım adım oluşumu ve evrimi q2DES ve metal ve LAO/Tanrı'nın askerleri arasındaki oluşan kimyasal etkileşimler inceleriz. Ayrıca, magnetotransport deneyler q2DES elektronik özellikleri ve nakliye aydınlatmak. Bu sistematik çalışma sadece q2DES ve çevresi arasında Elektrostatik ve kimyasal etkileşimi incelemek için bir yol gösterir ama aynı zamanda iki boyutlu olarak gözlenen zengin fizik ile çift fonksiyonlu kapatma katmanları olasılığı kilidini Elektron sistemleri, yeni aygıt türleri imalatı izin.

Giriş

Yarı 2D elektron sistemleri (q2DES) yaygın olarak kullanılan bir oyun alanı düşük boyutlu çok sayıda eğitim ve kuantum olayları. Seminal kağıttan LaAlO3/SrTiO3 sistem üzerinde (LAO/STO)1, yeni interfacial elektronik evreleri barındıran farklı sistemleri bir patlama başlayan oluşturulmuştur. Farklı malzemeleri birleştirerek q2DESs elektrik alanı tunable spin polarizasyon2, son derece yüksek elektron mobilities3 veya olayları ferroelectricity birleştiğinde4gibi ek özelliklerle keşfi yol açtı. Her ne kadar çalışma büyük bir vücut oluşturma ve düzenleme bu sistemlerin çözülmeye adanmış, çeşitli deneyler ve teknikleri çelişkili sonuçlar, oldukça benzer koşullarda bile göstermiştir. Ayrıca, elektrostatik ve kimyasal etkileşimler arasında denge doğru Fizik5,6,7oyun anlamak için gerekli bulundu.

Bu makalede, biz iyice farklı metal/LAO/STO heterostructures, büyüme lazer biriktirme (PLD) bir birleşimini kullanarak tarif ve in situ magnetron SAÇTIRMA. Sonra yüzey koşullarında farklı LAO/STO arayüzüne gömülü q2DES etkisini anlamak için bir elektronik ve kimyasal çalışma, taşıma ve elektron spektroskopisi deneyler kullanılarak yapılır.

Birden çok yöntem daha önce Tanrı'nın askerleri üzerinde kristal LAO büyümeye kullanılmıştır beri uygun ifade teknikleri kaliteli oksit heterostructures imalatı için çok önemli bir adım seçimdir (olası maliyet ve zaman ek olarak zorlar). PLD, hedef istenen malzemenin hangi sonra ablated ve ince bir film olarak substrat üzerine yatırılır bir yoğun ve kısa lazer darbe vurur. Bu teknik büyük avantajlarından biri hedef stoichiometry filmin istenen aşama formasyonu elde etmek için bir temel unsur güvenilir bir şekilde aktarmak için yeteneğidir. Ayrıca, çok sayıda karmaşık oksitler, aynı zaman (Oda içinde birden çok hedef sahip olasılığı, katman katman büyüme (gerçek zamanlı olarak yansıma yüksek enerjili elektron kırınım - Birleşik kullanarak izlenen) gerçekleştirme yeteneğine farklı malzeme büyüme vakum bozmadan izin verir) ve kurulum kolaylığı bu teknik en etkili ve çok yönlü biri olun.

Henüz, moleküler ışın epitaxy (MBE) gibi diğer teknikleri daha yüksek kalite Epitaksiyel büyüme büyüme sağlar. Bir hedef belirli bir malzeme yerine, MBE içinde her belirli öğe nerede onlar birbirleri ile iyi tanımlanmış atomik katmanları oluşturmak için tepki substrat doğru sublimed. Ayrıca, son derece enerjik türler ve daha fazla Tekdüzen enerji dağıtım olmaması son derece keskin arabirimleri8imalatı sağlar. Bu teknik ancak ultra yüksek gerçekleştirilmelidir beri (yani uzun böylece ücretsiz yol yok edilmez) ne zaman o gelmek PLD daha çok daha karmaşık oksitler, büyüme için vakum koşulları ve genel olarak daha büyük bir yatırım, maliyet - gerektirir ve time-wise. Her ne kadar ilk LAO/STO yayınlarda kullanılan büyüme sürecini PLD örnekleri benzer özelliklere sahip MBE9tarafından yetiştirilen. Bu da sputtering10kullanarak LAO/STO heterostructures büyüdü bu dikkati çekiyor. Atomik keskin arabirimleri yüksek sıcaklık (920 ° C) ve yüksek oksijen basıncı (0.8 mbar) elde edildi rağmen interfacial iletkenlik elde değil.

Katmanlar kapatma metalik büyümesi için kalite ve esneklik arasında iyi bir denge sağladığından fışkırtması, magnetron kullanıyoruz. Diğer kimyasal Buhar biriktirme dayalı teknikler ancak olabilir benzer sonuçlar elde etmek için kullanılır.

Son olarak, bu makalede gösterdi taşıma ve spektroskopi teknikleri arada elektronik ve kimyasal etkileşimler, tamamen anlamak için farklı yaklaşımlar rölöve önemini vurgulayan sondalama sistemli bir şekilde örnekliyor Bu tür sistemler birçok özellikleri.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Not: Bu protokol için açıklanan tüm 5 adım durdu ve örnek adım 5 üzerinden 3.4 yüksek vakum altında tutulur tek koşulu ile herhangi bir zamanda yeniden.

1. STO(001) substrat fesih:

  1. Bir ultrasonik temizleyici (ile 40 kHz Tansduser) su ile doldurun ve 60 ° c ısı Borosilikat cam kabı aseton ile doldurun. Bağımsız olarak kabı boyutu maksimum hacmi yüzeylerde de batık emin olmak için en az % 20 ile doldurmak emin olun.
    1. Kutu mix sonlandırılmış tek taraflı parlak (001) odaklı STO tek-kristal substrat (55 mm2 yanal boyutu, 0,5 mm kalınlıkta, 0.01 ° ve 0,02 ° arasındaki açı miscut) yetersiz borosilikat cam kabı yerleştirin.
    2. Aseton 3 dk. kuru yüzey ile yaklaşık 5 Bar işletme basıncında bir azot darbe silah kullanarak substrat solüsyon içeren temizleyicide.
  2. Adım 1.1 ama isopropanol kullanarak yordamı yineleyin ve ardından deiyonize su.
  3. Temiz belgili tanımlık substrate polivinilidin florid, PVDF, (şekil 1bir) "Kepçe" şeklinde yapılmış bir örnek sahibi yerleştirin. Bir ikinci borosilikat cam kabı (şekil 1b) akan deiyonize su ile doldurun.
    Not: Böylece örnek sahibi içinde uygun kabı kadar büyük olmalıdır.
  4. Yer belgili tanımlık substrate örnek tutucu.
  5. Uygun koruma, giyen doldurmak genellikle bir tamponlu hidroflorik (HF) çözüm ile maksimum hacmi yaklaşık % 20 politetrafloroetilin, PTFE, yapılan bir ölçek (şekil 1b), (HF:NH4F = 1:7). 1.3. adımda kullanılan yaklaşık aynı boyutu ölçek kullanın.
  6. HF içinde örnek sahibinin tam olarak 30 daldırın s ve hemen sonraki herhangi bir kimyasal reaksiyonlar durdurmak için deiyonize akan su taşıyın. Hafif tahrik.
  7. 2 dakika sonra örnek sahibi deiyonize su kaldırın. Belgili tanımlık substrate almak ve bir azot darbe silah ile kuru.
    Not: Daha fazla ayrıntı Kawasaki tarifi11içinde bulunabilir.
    Uyarı: Kullanılan HF çözüm son derece korozif ve zehirli. Her zaman işleme ve bertaraf uygun çalışma ortamlarında kullanılan HF çözümler yerine getirir. Bir vücut parçası ile temastan sonra zehirlenmesi belirtileri maruz kaldıktan sonra bir gün için görünür olması başlayabilir ve ilk birkaç saat içinde herhangi bir ağrı neden olmaz. HCl HNO3 asidik çözüm12 veya fesih asitsiz tarifi13dayalı bir alternatif fesih işlemi kullanmak mümkündür.
  8. 20 ° C'de tüp ocağı (şekil 1c) substrat koyun Fırın kısmi basınç yaklaşık 1'e ayarlı atm oksijen. Rampa 20 ° C/dk. hızında 1000 ° c sıcaklık 1000 ° C'de 3 saat boyunca yüzeylerde tavlama 3 saat sonra 20 ° c aşağı örnek soğumaya bırakın Belgili tanımlık substrate kaldırın. Oksijen kaynağı kapatın.
  9. 1.1 tavlama sırasında terfi sonraki yüzey contaminations kaldırmak için adımları yineleyin.

2. tek-kristal LAO hedef hazırlanması:

  1. Mekanik Lehçe yavaşça zımpara ve isopropanol çözüm bir yağ kullanarak bir tek-kristal LAO hedefi (1-inç çapında). Azot darbe silah kullanarak kuru.
  2. Bir atlıkarınca hedef bağlayın.
    Not: Carousel hedef dönüş sağlar emin olun.
  3. Atlıkarınca loadlock Odası (Şekil 2) takın. (10-8 mbar aralığı bir basınç ulaşıncaya kadar) sürekli odası pompa süre boşlukta, degas hedef izin. Atlıkarınca PLD odasına (şekil 3bir ve 3b) aktarın. Temel baskı içinde belgili tanımlık 10-9 mbar sıra tamamlanana kadar bekleyin.
    Not: Bir loadlock olmaması durumunda odası ve buna vacuo transfer sistemi, tipik bekleme süresi ve temel basınç ciddi etkilenebilir.
  4. Excimer lazer enerji sayaçları kullanarak lazer enerji bakarak kontrol edin. Bunu yapmak için dikdörtgen yarık (6 mm x 16 mm) ve dış bir zayıflatıcı hemen sonra lazer kaynak şekli ve enerji ışınının (şekil 4bir ve 4b) modüle için kullanın. Enerji sayaçları ikinci yakınsak mercek kuvars penceresi arasında lazer ışını yolunu yerleştirin. Daha sonra rasgele bir frekansta lazer ateş ve enerji sayaçları kullanarak enerji okudun.
  5. Eskisi gibi enerji ayarla (veya marjinal yüksek) (Adım 3.12) büyüme sırasında kullanılan.
    Not: Mutlak değerler lazer enerji Kur geometri bağlı olarak değişebilir. LAO ablasyon hedeflemek için ancak, bir lazer akım yaklaşık 1 J/cm2 kullanın (akım = enerji/yer alan). Ayrıca, bir KrF excimer lazer dalga boyu λ, kullanın 248 = nm, 25 karakteristik darbe süresiyle ns ve 21 en azından işletilen kV (için geliştirilmiş nabız nabız tekrarlanabilirlik).
  6. LAO hedef (hedef nereye monte atlıkarınca döndürme platformu kullanarak) yaklaşık 10 rpm'de döndürün.
    1. Hedef dönme hızı nokta boyutu için uyum ve potansiyel olarak bazı yerel aşırı ısınma için önde gelen veya hedef ve sonraki stoichiometry kapalı erime iki ardışık çakışan çekim önlemek için tekrarlama oranı lazer. Görsel bir açıklama şekil 4csağlanır.
  7. 2 x 10-4 mbar bir oksijen kısmi basınç elde kadar oksijen odasına yerleştirin. Enerji sayaçları kaldırın. LAO hedef 20000 bakliyat için 3 veya 4 Hz'de önceden ablate.
    Not: Böylece ışın ve hedef arasındaki açıyı 45 ° (şekil 4d) lazer ayarlamanız gerekir. LAO tek hedefinin oldukça uzun bu ablasyon LAO/STO örnek örnek tekrarlanabilirlik içinde belirleyici rol için bulundu.

3. PLD büyüme:

  1. Fesih, morfoloji ve temizlik (şekil 5) doğrulamak için daha önce işten çıkarılan STO substrat yüzey bir Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) tarama gerçekleştirin.
  2. Gümüş Yapıştır kullanarak, yukarı doğru bir örnek tutucu işaret sona erdirilen yüzeyi ile belgili tanımlık substrate, tutkal. Belgili tanımlık substrate yönünü ilgili olmasa da, bu tutucu (şekil 6bir) ortasına yerleştirilir emin olun.
  3. Böylece çözücü buharlaşır ve Yapıştır (için optimum ısı iletim) katılaşır yaklaşık 10 dk 100 ° C kadar ısı. Örnek sahibi izin soğumasını.
  4. Loadlock içindeki örnek kutusunda yerleştirin. Küme içindeki kol kullanarak, örnek sahibi (daha fazla bilgi için adım 5 bakın) oksijen, karbon ve titanyum doruklarına analiz etmek için XPS odası aktarın.
  5. Örnek sahibi aşağı bakacak şekilde (şekil 6b) LAO hedefe doğru substrat PLD odasına aktarabilirsiniz.
  6. Oksijen odası 2 x 10-4 mbar bir oksijen kısmi basınç ulaşmak içinde Ekle. 730 ° C'de (25 ° C/dak) örnek sahibine sıcaklığı artırmak.
  7. Yansıtıcı yüksek enerjili elektron kırınım (Birleşik) kullanarak, böylece fosfor ekranda kırınım noktalar gözlenir (1 ° ve 3 ° arasında) açı substrat yüzeyi ile otlatma, elektron ışını hizalayın. İçinde gerçek-zaman bir CCD kamera ve görüntü analiz yazılımı kullanarak her nokta yoğunluğunu izlemek. Kaynak voltaj 30 kullanın kV ve 40 µA mevcut.
  8. Yer örnek tutucu hedeften uzaklaştığını 63 mm.
    Not: Hedef substrat mesafe bir ölçüde kullanılan PLD kurulumunun en iyi duruma getirme geometri bağlı olarak gereksinim duyabilir.
  9. Lazer enerji yaklaşık 1 J/cm2 ('aynı moda olduğu gibi adım 2.4) eşleşen görünmesini sağlamak ayarlama için ateş. Yine, dikdörtgen yarık (6 mm x 16 mm) ve dış bir zayıflatıcı şu lazer çıkış sonra şekli ve enerji ışınının (şekil 4bir ve 4b) modüle için kullanın.
  10. Lazer frekans lazer çekim 1 Hz. durdurmak için ayarla ve enerji sayaçları kaldırın.
  11. Döndürme LAO hedefinin (Adım 2.6 olduğu gibi) başlatın. Okuma Birleşik salınımlarını başlatın. Onu stabilize kadar bekleyin.
  12. Lazer ateş etmeye başla. Tüy (şekil 6c) ve Birleşik salınımları (şekil 6d) görmekteyiz. Lazer bir salınım istenen kalınlığına bağlı olarak doruğuna durdurmak.
    Not: Her salınım yetiştirilen bir birim hücre (uc) temsil ettiğini unutmayın. Bu deney amacıyla sırasıyla 1 ve 2 uc Ulaştırma ve spektroskopik deneyler, büyümek.
  13. Sonra büyüme tamamlandığında, kapatma Birleşik silah ve sonrası tavlama adıma geçin.
    Not: Şu büyüme tamamlandıktan sonra sonrası tavlama adım yapılır.
    1. Sonrası tavlama başlatmak için 2 x 10-4 mbar (büyüme basınç) odasına 1 x 10-1 mbar oksijen kısmi basıncı artırmak ve 730 ° C (büyüme sıcaklığı) örnek sahibinden 500 ° c sıcaklık azaltmak
    2. Sıcaklık ve basınç stabilize sonra yaklaşık 300 mbar, statik oksijen kısmi basınç 500 ° C'de numune tutucu sıcaklığı tutarken tanıtmak 60 dk için bu koşullarda örnek bırakın.
  14. Oda sıcaklığına ulaşıncaya kadar aynı oksijen kısmi basıncı tutarken örnek 25 ° C/min sakin.
  15. Titanyum tepe veya göreli La/Al konsantrasyon mümkün değerlik değişiklikleri öğrenmek için XPS odası örnek aktarmak (daha fazla bilgi için adım 5 bakın).
  16. LAO yüzeyi bozulmamış tutulmasını sağlamak, örnek olarak vacuo hiç tutulur sputtering odası hangi için (Şekil 7bir), transfer için 10-8 mbar aralığında bir basınçta kez.
    Not: Bu deneyler ex situ performans karbon birikimi neden olur ve sonuçta yol açan yüzeyinde su sonuçlar değişmiş.

4. magnetron metalik Overlayers SAÇTIRMA:

Not: İstenen metal, Ar baskılar gibi parametreleri bağlı olarak ifade akımları ve hedef substrat mesafeler biraz farklı olabilir. Bu her biriktirme işlemi bağlı olarak kullanılan sputtering Kur geometrisini en iyi duruma getirmek için tavsiye edilir. Aşağıdaki yordam devrilmesinden sonra 3 açıklar nm co

  1. Örnek yüzeyli hedefe doğru aşağı bakacak şekilde yerleştirin.
  2. Atmosferin 4.5x10-4 mbar (yaklaşık 100 sccm) hakkında elde etmek için saf Ar sputtering odası içine yerleştirin.
  3. Substrat (LAO/STO) yaklaşık 7 cm Co hedeften uzaklaştığını getirin.
  4. Kapalı çekim ile mevcut yaklaşık 100 kadar rampa mA (36 W) böylece plazma Ignited olduğunu.
  5. Kararlı plazma (Şekil 7b) ile 80 geçerli alt mA (ifade geçerli) yanı sıra Ar girifli 5.2 sccm için. Plazma kararlı kalmasını sağlamak.
  6. Co hedef yüzeyi oluşmuş oksitlenmiş herhangi bir katman kaldırmak yaklaşık 5 min için önceden şaplatın.
  7. Örnek oda sıcaklığında objektif kapağı açın ve 25 yakın çekim yeminli ifade sonuçlandırmak için s. için mevduat.
    1. Taşıma deneyler için yaklaşık 3 sonraki kapatma tabakası mevduat (olan yüzey passivates, havaya maruz üzerine bir AlOx koruyucu tabaka oluşturan) Al nm temel metalik katman oksidasyonunu önlemek için.
      Not: Büyüme hızı doğrudan odası içinde ölçülen değildir. Bunu yapabilmek için çeşitli örnekleri ile aynı parametreleri kullanarak farklı ifade kez büyümek. Sonra x-ışını reflectometry kullanarak her örnek kalınlığını ölçmek. Bu yordamı bir kez kullanılan metalik her hedef için yapmak.
  8. Geçerli sıfır aşağı rampa, Ar kaynak kapatın ve odası pompa.
  9. Bir kez daha örnek sahibi Ti 2 p düzeyi hem de olası bir oksidasyon metal/LAO arayüzü mümkün değerlik değişiklik incelemek için XPS odasına (şekil 8bir) Aktarım (daha fazla bilgi için adım 5 bakın).

5 in situ x-ışını Photoelectron spektroskopisi.:

  1. Elektron analyzer eksenine (şekil 8b) yüzey normal hizalanmış paralel örnekle yerleştirin.
  2. X-ışını silahı mümkün olduğunca yakın örnek için yaklaşım (silah sonu ve zarar önlemek için örnek sahibi arasında mekanik temas önlemek) ve açın.
    1. Bu deneyde, bir Mg Kα kaynak 1253.6 eV bir uyarma enerjisi ile kullanın. Filaman 20 bir emisyon akımı elde etmek için ayarla mA adlı bir anot gerilimi 15 kV. Analyzer elektron-optik, bir giriş yarık 2 mm çap ve 5 x 11 mm dikdörtgen şekli ile yarık bir çıkış seçin.
      Not: Maksimum emisyon akımları ve anot gerilimi ile ilgili bilgi için kullanılan XPS kurulum kılavuzuna bakın. Ayrıca, giriş ve çıkış paket fişi boyutu diğer özel kurulumları için farklı olabilir. Belgili tanımlık çözümlemek farklı özellikler varsa, yırtmaçlı çok yüksek yoğunlukta elektron sayım birimindeki önlemek için bir yol seçin.
  3. X-ışını silahı açtıktan sonra odası ultra yüksek vakum koşullarda (10-10 mbar aralığı) olduğundan emin olun. Anket spectra (0 ila 1200 eV bağlama enerji) 0,05 eV, seçili bir adımla bir bekleme süresi 0,5 toplamak s, mümkün olan en küçük nokta boyutu elde etmek için 30 ve 60 eV ve bir yeterli objektif modu arasında geçiş enerji. Amaçlanan çözünürlüğüne bağlı olarak değerleri ayarlayın.
    1. İlgili tepeler (şekil 8c) konumunu bulun. Geliştirilmiş istatistik, her tepe birkaç kez ölçmek ve toplanan spectra ortalama.
  4. Yeterli XPS işleme yazılımı kullanarak spectra analiz.
    1. Belirli bir geçiş elektron belirlemek için analiz etmek için zirve kapsar bir enerji aralığı tanımlayın.
    2. Bir uygun arka plan eğri (normalde bir Shirley arka plan14) oluşturmak ve orijinal verilerden çıkarın.
    3. Bibliyografik referansları15kullanarak ölçülen en yüksek oluşturmak mümkün doruklarına bulun. Özel tablo mesafeler ve farklı tepeler için göreli yoğunluklarda dikkat.
      Not: Toplanan XPS veri derinlik göz daha de olduğu gibi Ref.7"Temsilcisi sonuçlar" bölümünde sağlanmıştır.

6. Magnetotransport deneyler:

  1. Ultrasonik bir kama-yapıştırma makinesi, tel-bond gömülü arabirimi ( Şekil 9bir) başvurma Al veya Au telleri ile metal/LAO/STO örnek kullanarak.
    Not: Bir uygun kama örnek uzaklık, kuvvet ve bağlı olarak kullanılan kurulum ve taşıma ölçü tutucu türünü seçin.
  2. Bir 8 bağlantı geometri kullanın (van der Pauw - Kanal 1 - 4 ve Hall geometri - Kanal 2 - 4). Bunu yapmak için bir van der Pauw geometrisi örneğinin dört bir yanına taşıma ölçüm sahibinin kanal iletişim kurarak başlayın. O zaman, ikinci bir kanal daha önce örnek (Şekil 9b) yapılan kişilere ulaşın.
  3. Bir multimetre ile direncini ölçerek kişiler iyi olup olmadığını kontrol edin. Böylece van der Pauw R100≈R010 koşul gerçekleşmiş demektir örnek düzgün olduğundan emin olmak için farklı yönlere ölçülen direnç kabaca aynı olduğundan emin olun.
    Not: R100 ve R010 önemli ölçüde farklıysa, van der Pauw ölçüm (Ref.16takip) her iki yönde de yapılmalıdır. Önceki çalışmalar güçlü Anizotropik elektrikli aktarma özellikleri LAO/STO17rapor.
  4. Tutucu bir taşıma kurulumunda bağlayın.
    1. 2 K. aşağı (Kanal 1) direnç ölçmek
    2. Düşük sıcaklıkta, ölçü sıralı olarak magnetoresistance (Kanal 1) ve Hall bir dış ve dikey manyetik alanından (-9 9 T), süpürme tarafından etkisi (Kanal 2) genellikle 10-100 µA metal/LAO/STO örnekleri için geçerli bir kaynak.
    3. 6.4.2 arasındaki adımları yineleyin. 5 K, 10 K, 50 bin, 100 K, 200 K ve 300 K, için magnetoresistance evrim sıcaklık ile gözlemlemek için.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Büyüme ve karakterizasyonu için kullanılan tam deneysel sistem Şekil 2' de gösterilmiştir. Farklı kurulumları ile dağıtım odaya UHV içinde bağlı olan her büyüme sürecini bozulmamış tutulur sonra örnek yüzey sağlamak için önerilir. PLD Odası (şekil 3), (Şekil 7) SAÇTIRMA magnetron ve XPS Odası (şekil 8) da ayrıntılı olarak açıklanmıştır. PLD Kur optik yol hakkında daha fa...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Substrat çalışana bir HF çözüm submerging zamanında son derece dikkatli olmalıdır. Biz altında - ve aşırı - etched yüzeyleri değişen sadece 5 tarafından gözlenen s orijinal tarifi ile ilgili olarak. Buna ek olarak, biz bir bağımlılık yüzey adım boyu ve zaman batış arasında gözlenen. Küçük adım boyutları için (100 nm) 30 batış s yol açabilir aşırı gravür için rağmen daha sonra Tavlama işlemi düzgün yüzey yeniden oluşturmak yeterli olabilir. HF dayalı asitler kullanarak riskleri nedeniyle de bir HCl HNO3 asidik ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu eser ERC Consolidator Grant #615759 "Nane" desteğinden, bölge Île-de-France LOŞ "Oxymore" (proje "NEIMO") ve ANR Projesi "NOMILOPS" aldı. H.N. kısmen EPSRC JSP'ler göbek göbek Program JSP'ler Grant-in-Aid bilimsel araştırma (B) (#15 H 03548) için desteklenen bir durumdu. A.ş. (HO 53461-1; a.ş. için doktora sonrası bursu) Deutsche Forschungsgemeinschaft tarafından desteklenmiştir. D.C.V. Fransızca Bakanlığı Yükseköğretim ve araştırma ve CNRS doktora tezi finansman için teşekkürler. JS Üniversitesi Paris-Saclay (D'Alembert programı) ve CNRS kaldığı CNRS/Thales, finansman için teşekkürler.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Darbeli Lazer BiriktirmeSURFACEPLD İş İstasyonu + UHV Küme Sistemi
KrF Excimer LazerTutarlıCompex Pro 201F
Yansıma Yüksek Enerjili Elektron Kırınımı (elektron tabancası)R-Dec Co., Ltd.RDA-003G, Avrupa'da SURFACE tarafından dağıtılmaktadır.
Yansıma Yüksek Enerjili Elektron Kırınımı (CCD kamera)k-Space Associates, Inc.kSA 400
Değişken Lazer Işını ZayıflatıcıMetroluxML 2100
Excimer Lazer SensörüTutarlıJ-50MUV-248
LaAlO3 hedefCrysTecTek kristal hedef
SrTiO3 subtratesCrysTecBirkaç farklı boyut. TiO2 siparişi verme imkanı sonlandırıldı.
Tamponlu HF Asit TekniğiBOE 7: 1tamponlu hidroflorik asit = BOE 7: 1 (HF: NH4F = 12.5: %87.5) içinde  VLSI kalitesinde.
Gümüş MacunDuPont4929Nİletken Gümüş Kompozit.
Ultrasonik TemizleyiciBransonic12Ultrasonik Temizleme Banyosu
Tüp FırınıAET TeknolojileriIsıl İşlem Fırını
Borosilikat Cam BeherVWR213-1128Iow formu
PTFE BeherDynalonPTFE Beher
Yüzey tutucu "kepçe"Eberl & eacute;Özel yapım kepçe
Magnetron PüskürtmePLASSYSPüskürtme sistemiHedefler için 5 oda.
Metal,Neyco S.A.'yıSaflık > %99,9
X-Işını Fotoelektron Spektroskopi SistemiOmicronÖzel XPS Sistemi
X-ışını KaynağıOmicronDAR 400İkiz Anotlu X-ışını kaynağı.
Enerji AnalizörüOmicronEA 125
Atomik Kuvvet MikroskobuBrukerInnova AFM
Atomik Kuvvet Mikroskobu ProblarıOlympusOMCL-AC160TS-R3Mikro
Konsollar Tel yapıştırmaKulicke & Soffa4523AD
PPMSKuantum TasarımıPPMS Dynacool9T mıknatıs.
: hedef aldı

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Metal LAO STO Heteroyap larDarbeli Lazer BiriktirmeMagnetron S ratmaX n Fotoelektron SpektroskopisiMagnetotransport DeneyleriYar 2B Elektron SistemiKritik LAO Kal nlUltra y ksek VakumOksit Heteroyap B y tmeAray zey letkenli i
Büyüme ve Elektrostatik/kimyasal özellikleri Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.