Fabrikation af Rumligt Indesluttet komplekse oxider
Summary
Vi beskriver brugen af pulserende laser deposition (PLD), fotolitografi og wire-bonding teknikker til at skabe mikrometer skala komplekse oxider enheder. PLD er udnyttet til at vokse epitaksiale tynde film. Fotolitografi og wire-bonding teknikker er indført for at skabe praktiske udstyr til måling formål.
Abstract
Komplekse materialer såsom høj Tc superledere, multiferroics og kolossale magnetoresistive har elektroniske og magnetiske egenskaber, der opstår fra de iboende stærke elektron korrelationer, der bor i dem. Disse materialer kan også have elektronisk faseadskillelse i hvilke områder af meget forskellige resistive og magnetiske adfærd kan eksistere side om side inden for en enkelt krystal legering materiale. Ved at reducere omfanget af disse materialer til længdeskalaer på og under den iboende størrelse af de elektroniske domæner, kan nye adfærd blive udsat for. På grund af dette og det faktum, at spin-charge-gitter-orbitale ordens parametrene hver involverer korrelation længder, rumligt reducere disse materialer til transport målinger er et afgørende skridt i forståelsen af grundlæggende fysik, der driver kompleks adfærd. Disse materialer tilbyder også et stort potentiale til at blive den næste generation af elektroniske enheder 1-3. Således fremstilling af lavdimensionalt nano-ellermikrostrukturer er yderst vigtigt at opnå ny funktionalitet. Dette indebærer flere kontrollerbare processer af høj kvalitet tyndfilm vækst nøjagtig elektronisk ejendom karakterisering. Her præsenterer vi fabrikation protokoller høj kvalitet mikrostrukturer for komplekse oxid manganit enheder. Detaljerede beskrivelser og krævede udstyr for tyndfilm vækst, foto-litografi og wire-bonding præsenteres.
Introduction
Den første og en af de vigtigste skridt i retning af høj kvalitet udstyr er væksten af epitaksiale oxid tynde film. En enkelt krystal substrat bruges som en "skabelon" for at deponere målmaterialer. Blandt forskellige deposition metoder er pulserende laser deposition (PLD) en af de bedste måder at erhverve god kvalitet tyndfilm 4,5. Væksten processer involverer opvarmning af substratet til omkring 800 ° C i et ilt miljø og bruge laserpulser at ramme målet materiale og generere en flux, der skal deponeres på substratet. Det typisk system er vist i figur 1..
Mens umønstret film har vist sig at afsløre eksotiske nye fysik 6, reducere film dimension giver flere muligheder for at udforske nye fænomener og enhed fabrikation. Fotolitografi kan bruges til at skrumpe i plan prøve dimension ned til i størrelsesordenen 1 um. Den detaljerede protokol til fotolitografi proces bliverblive diskuteret nedenfor. Denne teknik er kompatibel med de fleste udbredte substrater, som giver mulighed for undersøgelser af indeslutning virkninger på epitaksiale film afholdt på forskellige stamme stater.
Da mange komplekse oxider har interessante egenskaber ved lave temperaturer og / eller høje magnetfelter, den elektroniske forbindelse mellem enheden og måleudstyr er meget vigtigt. Høj kvalitet kontakter kan dannes ved afdampning Au kontaktpuder i en 4-sonde geometri og med anvendelse af en tråd bonder at skabe forbindelser mellem trædepuderne og måleanordningen. Når det gøres korrekt, kan disse forbindelser nemt tåle ekstreme måling miljøer inden for brede temperaturområder på 4 K til 400 K og magnetiske felt intervaller på op til ± 9 T.
Protocol
Representative Results
Discussion
I modsætning enkelt element halvledende materialer såsom Si, kan fremstillingen af komplekse materialer være mere vanskelig på grund af det faktum, at den komplekse struktur og flere elementer alle skal tages i betragtning. Anvendelsen af fotolitografi at fremstille komplekse oxid-enheder er relativt lave omkostninger og hurtige til prototype i modsætning til andre indeslutningskoncepter teknikker. Der er dog nogle vigtige begrænsninger at forstå. Fotolitografi har en rumlig begrænsning at skabe stru…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne indsats blev helt støttet af den amerikanske DOE, Office of Basic Energy Sciences, materialevidenskab og Engineering Division.
Materials
| Reagent/Material | |||
| SrTiO3(001) & LaAlO3(100) substrates | CrysTec GmbH | ||
| Microposit S1813 Photoresist | Shipley | ||
| CD-26 Developer | Shipley | 38490 | |
| GE varnish | Lakeshore | VGE-7031 | |
| Equipment | |||
| Reflected High Energy Electron Diffraction (RHEED) | Staib Instruments | 35 kV TorrRHEED | |
| Mask Aligner | ABM | Model 85-3 (350 W) Lightsource | |
| Resistivity Puck | Quantum Design | P102 | |
| Wire Bonder | Kulicke & Soffa | 04524-0XDA-000-00 |
Referenzen
- Ahn, C. H., Triscone, J. -. M., Mannhart, J. Electric field effect in correlated oxide systems. Nature. 424, 1015-1018 (2003).
- Basov, D. N., Averitt, R. D., Van der Marel, D., Dressel, M., Haule, K. Electrodynamics of correlated electron materials. Reviews of Modern Physics. 83, 471-541 (2011).
- Waser, R., Aono, M. Nanoionics-based resistive switching memories. Nat. Mater. 6, 833-840 (2007).
- Willmott, P. R., Huber, J. R. Pulsed laser vaporization and deposition. Rev. Mod. Phys. 72, 315-328 (2000).
- Eres, H. M. C., G, Recent advances in pulsed-laser deposition of complex oxides. Journal of Physics: Condensed Matter. 20, 264005 (2008).
- Ding, J. F., Jin, K. X., Zhang, Z., Wu, T. Dependence of negative differential resistance on electronic phase separation in unpatterned manganite films. Applied Physics Letters. 100, 62402-62404 (2012).
- Ichimiya, A., I, P. C. . Reflection High Energy Electron Diffraction. , (2004).
- Guo, H., Sun, D., et al. Growth diagram of La0.7Sr0.3MnO3 thin films using pulsed laser deposition. arXiv. , 1210.5989 (2012).
- Ward, T. Z., Gai, Z., Guo, H. W., Yin, L. F., Shen, J. Dynamics of a first-order electronic phase transition in manganites. Physical Review B. 83, 125125 (2011).
- Ward, T. Z., Liang, S., et al. Reemergent Metal-Insulator Transitions in Manganites Exposed with Spatial Confinement. Physical Review Letters. 100, 247204 (2008).
- Ward, T. Z., Zhang, X. G., et al. Time-Resolved Electronic Phase Transitions in Manganites. Physical Review Letters. 102, 87201 (2009).
- Zhai, H. -. Y., Ma, J. X., et al. Giant Discrete Steps in Metal-Insulator Transition in Perovskite Manganite Wires. Physical Review Letters. 97, 167201 (2006).
- Wu, T., Mitchell, J. F. Creation and annihilation of conducting filaments in mesoscopic manganite structures. Physical Review B. 74, 214423 (2006).
- Altissimo, M. E-beam lithography for micro-/nanofabrication. Biomicrofluidics. 4, 26503-26506 (2010).
- Watt, F., Bettiol, A. A., Van Kan, J. A., Teo, E. J., Breese, M. B. H. Ion Beam Lithography and Nanofabrication: A Review. International Journal of Nanoscience. 4, 269-286 (2005).
- Urban, J. J., Yun, W. S., Gu, Q., Park, H. Synthesis of single-crystalline perovskite nanorods composed of barium titanate and strontium titanate. J. Am. Chem. Soc. 124, 1186-1187 (2002).
- Wang, Y., Fan, H. J. The origin of different magnetic properties in nanosized Ca0.82La0.18MnO3: Wires versus particles. Applied Physics Letters. 98, 142502 (2011).
