Büyüme ve tavlama sırasında oksijen boşluk kontrolü ile oksit özelliklerinin ayarlanması

Burada sunulan yöntem, biriktirme sırasında ve sonrasında oksit ince filmlerdeki oksijen boşluklarının miktarını kontrol etmeyi sağlar. Bu yaklaşımın ana ilerlemeleri, elektriksel ve manyetik özelliklerin oksijen boşluklarının miktarını değiştirerek ayarlanabilmesidir. Oksijen boşlukları, çoğu oksit malzemesinde fonksiyonel kusurlar olarak işlev görür ve bu nedenle birçok oksidin özellikleri, bu yaklaşımı kullanan kusur mühendisliği ile sistematik olarak kontrol edilebilir.

Prosedürü gösterenler, laboratuvarımızdan bir doktora sonrası ve iki doktora öğrencisi olan Shinhee, Carlos ve Eric olacaktır. Başlamak için, kristal düzlemlere göre tipik yüzey açısı 0,05 ila 0,2 derece olan karışık sonlandırılmış stronsiyum titanat substratları satın alın. İstenilen sayıda substratı asetonda ultrasonikasyonla beş dakika boyunca temizleyin.

Daha sonra substratları temiz suda 70 santigrat derecede 20 dakika boyunca ultrasonikleştirin, bu da stronsiyum oksiti çözer veya stronsiyum oksit ile sonlandırılan yüzey alanlarında stronsiyum hidroksit kompleksleri oluştururken, kimyasal olarak kararlı, titanyum dioksit ile sonlandırılan alanları değişmeden bırakır. Bu arada, suya yavaşça hidroklorik asit ekleyerek ve daha sonra çözeltiye nitrik asit ekleyerek aqua regia çözeltisi hazırlayın. Daha sonra, stronsiyum oksit yüzey alanlarının temel doğası, titanyum dioksitin asitliği ve stronsiyum hidroksit komplekslerinin varlığı nedeniyle stronsiyum oksiti seçici olarak kazımak için bir duman başlığında 20 dakika boyunca hidroklorik asit, nitrik asit ve 70 santigrat derecede su içeren asidik bir çözelti içindeki substratları ultrasonikleştirin.

Artık asidi substratlardan 100 mililitre temiz suda ultrasonikasyon ile bir duman davlumbazında oda sıcaklığında beş dakika boyunca çıkarın. Daha sonra, substrat yüzeyini düşük enerjili bir duruma getirmek için substratları seramik tüplü bir fırında saatte 100 santigrat derece ısıtma ve soğutma hızı ile 1.000 santigrat derecede bir saat boyunca bir oksijen çubuğu atmosferinde pişirin. Substratlar üzerine ince bir film biriktirmek için, biriktirme sırasında NC2 taşıma ölçümlerinin yapılıp yapılmayacağına bağlı olarak, substratları bir ısıtıcı veya talaş taşıyıcı üzerine monte edin.

Daha sonra, oda sıcaklığında stronsiyum titanat üzerinde tipik bir gama alümina birikimi için titanyum dioksit ile sonlandırılmış substratı tek kristalin alümina hedefinden 4.7 santimetre uzağa yerleştirin. 10 oksijen basıncında tek bir kristalin alümina hedefinden eksi beş milibar güce kadar ablatasyon yapmaya hazırlanın. 10 ila güç eksi altı ila 0,1 milibar aralığında bir oksijen biriktirme basıncı kullanarak veya diğer biriktirme parametrelerini değiştirerek oksijen içeriğini kullanarak özellikleri ayarlayın.

İnkübasyondan sonra, istenen gama alümina birikimi kalınlığı için substratı gözlemleyin. Ardından, numuneyi biriktirme odasından çıkarın ve elektriksel ölçümleri durdurun. Ardından numuneyi bir vakumda saklayın.

Numunenin bozulması, vakum veya azotta saklandığında daha yavaştır. Numuneyi gümüş macunu kullanarak bir talaş taşıyıcıya monte edin. Ardından, Van der Pauw geometrisinde alüminyum tellerin kama teli bağlamasını kullanarak numuneyi elektriksel olarak talaş taşıyıcısına bağlayın.

Ardından, talaş taşıyıcıyı numuneyle birlikte kapalı bir fırına yerleştirin. Daha sonra termal olarak dayanıklı yalıtıma sahip bir konektör ve teller kullanarak, talaş taşıyıcısını ölçüm ekipmanına elektriksel olarak bağlayın ve sac direnci ölçümlerini başlatın. Daha sonra numune ile donatılmış talaş taşıyıcısını kapalı bir fırına yerleştirin ve numune direncinin atmosferdeki bir değişikliğe duyarlı olup olmadığını kontrol ederken tavlama için kullanılan gazla iyice yıkayın.

Üst filmin kalınlığına ve istenen oksijen birleşme oranına bağlı olarak istenen tavlama profilini kullanarak numuneyi tavlayın. Tabaka direncinde istenen bir değişiklik meydana geldiğinde tavlamayı durdurun. Bu kurulum kullanılarak, gama alümina stronsiyum titanat ve lantan alüminat stronsiyum titanat gibi oksit heteroyapılarında tabaka direncinin gelişimi, darbeli lazer birikimi sırasında yerinde izlenebilir.

Ex-situ ölçüm veya in-situ oksijen yıkama yoluyla ölçüm ortamı değiştirildiğinde, stronsiyum titanat bazlı heteroyapıların tabaka direncinde önemli değişiklikler gözlemlenebilir. Gama alüminasının stronsiyum titanat üzerinde biriktiği örneklerde, elektron hareketliliği oda sıcaklığında büyük ölçüde değişmeden kalır, ancak biriktirme basıncı değiştiğinde iki Kelvin'de çarpıcı bir şekilde değişir. Oksit heteroyapılarının özellikleri, tavlama kullanılarak biriktirildikten sonra da ayarlanabilir.

Son durum, tavlama süresi ve tavlama sıcaklığı ve atmosferi ile belirlenir. Gama alümina veya amorf lantan alüminat ile kaplanmış stronsiyum titanattan oluşan heteroyapıların tabaka iletkenleri çeşitli tavlama sıcaklıklarında ölçülür. İletkenlikteki en hızlı azalma amorf lantan alüminat stronsiyum titanat heteroyapıları için gözlenmiştir.

Stronsiyum titanat heteroyapıları için, taşıyıcı yoğunluğu tavlama ve oksijeni kontrol ederek kontrol edilir. Ardışık tavlama adımları, taşıyıcı yoğunluğunun sürekli olarak azalmasına ve metalik bir iletkenden yalıtım arayüzüne geçişe neden olur. Stronsiyum titanat heteroyapısındaki iletken durumun değiştirilmesi farklı özellikler sağlayabilir.

Burada, iletken bir atomik kuvvet mikroskobu kullanarak nanotel yazma girişimleri, tavlamadan önce mümkün değildi. Bununla birlikte, tavlamadan sonra, iletken çizgiler arayüzde yazılabilir ve silinebilir. Bu yaklaşımı kullanarak, oksit heteroyapılarının manyetik ve elektronik özelliklerini sistematik olarak değiştirebilir ve bu şekilde, bu özelliklerin belirlenmesinde oksijen boşluklarının rolünü inceleyebiliriz.