Herstellung von räumlich getrennter komplexe Oxide
Summary
Wir beschreiben die Verwendung von Pulsed Laser Deposition (PLD), Photolithographie und Draht-Bonding-Techniken, um komplexe Oxide Mikrometerskala Geräte zu erstellen. Die PLD wird genutzt, um epitaktischen dünnen Schichten wachsen. Photolithographie und Draht-Bonding-Techniken eingeführt, um praktische Geräte zur Messung Zwecke erstellen.
Abstract
Komplexe Materialien wie High Tc Supraleitern Multiferroika und kolossale Magnetowiderstände haben elektronische und magnetische Eigenschaften, die von den inhärenten starken elektronischen Korrelationen, die in ihnen wohnen entstehen. Diese Materialien können auch über elektronische Phasentrennung in welchen Regionen sehr unterschiedliche ohmsche und magnetische Verhalten innerhalb eines Einkristall-Legierungsmaterial koexistieren können. Eine Verringerung des Umfangs dieser Materialien Längenskala an und unterhalb der inhärenten Größe der elektronischen Domänen können neue Verhalten ausgesetzt werden. Aus diesem Grund und der Tatsache, dass Spin-Ladungs-Gitter-Orbital-Parameter um jeweils um Korrelationslängen, räumlich Reduzierung dieser Materialien für Transport-Messungen ist ein entscheidender Schritt zum Verständnis der grundlegenden Physik, die komplexe Verhaltensweisen treibt. Diese Materialien bieten auch ein großes Potenzial, um die nächste Generation von elektronischen Geräten 1-3 geworden. Somit wird die Herstellung von niederdimensionalen nano-oderMikrostrukturen ist äußerst wichtig, um neue Funktionen zu erreichen. Diese umfasst mehrere steuerbare Prozesse von hoher Qualität Dünnschicht Wachstum um genaue elektronische Eigenschaft Charakterisierung. Hier präsentieren wir Herstellung Protokolle von hoher Qualität für komplexe Mikrostrukturen Oxid Manganit Geräte. Detaillierte Beschreibungen und erforderliche Ausrüstung von Dünnschicht-Wachstum, Photolithographie und Draht-Bonding werden vorgestellt.
Introduction
Der erste und einer der wichtigsten Schritte zur hochwertigen Geräten ist das Wachstum der epitaktischen Oxiddünnschichten. Einkristall-Substrat als "Vorlage", um die Target-Materialien abzuscheiden. Unter den verschiedenen Methoden Abscheidung ist Pulsed Laser Deposition (PLD) eine der besten Möglichkeiten, um gute Qualität Dünnschichten 4,5 erwerben. Die Wachstumsprozesse das Erhitzen des Substrats auf etwa 800 ° C in einer sauerstoffarmen Umgebung und mit Laserimpulsen, um die Target-Material getroffen und erzeugen ein Flußmittel auf das Substrat aufgebracht werden. Das typische System ist in Abbildung 1 dargestellt.
Während unstrukturierten Filme gezeigt wurde, zeigen exotische neue Physik 6, wodurch Film Dimension bietet mehr Möglichkeiten, neue Phänomene und Bauelementherstellung erkunden. Photolithographie verwendet werden, um die in der Ebene Probendimensionsmessung unten verkleinert, um in der Größenordnung von 1 um. Das detaillierte Protokoll der Photolithographie-Prozess wirdnachfolgend diskutiert. Diese Technik ist kompatibel mit den meisten verbreiteten Substraten, die für Untersuchungen der Entbindung Auswirkungen auf Epitaxialfilme bei anderen Stamm Staaten gehalten werden kann.
Da viele komplexe Oxide interessante Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen und / oder hoher Magnetfelder haben, ist die elektrische Verbindung zwischen dem Gerät und Messgeräte sehr wichtig. Hochwertige Kontakte können durch Verdampfen Au Kontaktflächen in einem 4-Sonden-Geometrie und unter Verwendung eines Drahtbonders um Verbindungen zwischen den Pads und Messvorrichtung zu bilden. Wenn es richtig gemacht, können diese Verbindungen leicht widerstehen extremen Messumgebungen in weiten Temperaturbereichen von 4 K bis 400 K und Magnetfeld Reichweiten von bis zu ± 9 T.
Protocol
Representative Results
Discussion
Anders als einzelnes Element Halbleitermaterialien wie Si, kann die Herstellung komplexer Materialien erschwert durch die Tatsache, dass die komplexe Struktur und mehrere Elemente alle berücksichtigt werden. Die Verwendung von Photolithographie, um komplexe Oxid Geräte herzustellen ist relativ kostengünstig und schnell Prototypen zu anderen Techniken gegenüberliegende Begrenzung. Es gibt jedoch einige wichtige Einschränkungen zu verstehen. Photolithographie hat eine räumliche Beschränkung auf Schaffung von Strukt…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dieser Aufwand wurde vollständig von der US DOE, Office of Basic Energy Sciences, Materialwissenschaften und Engineering Division unterstützt.
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).
