Fabbricazione di ossidi complessi spazialmente confinati
Summary
Descriviamo l'uso di deposizione a laser pulsato (PLD), fotolitografia e tecniche di wire-bonding per creare micrometro scala complessi dispositivi di ossidi. La PLD è utilizzato per crescere film sottili epitassiali. Tecniche di fotolitografia e wire-bonding vengono introdotti per creare dispositivi pratici per scopi di misurazione.
Abstract
Materiali complessi come i superconduttori ad alta Tc, multiferroics e Magnetoresistori colossali hanno proprietà elettroniche e magnetiche che nascono dalle forti correlazioni elettroniche intrinseche che si trovano al loro interno. Questi materiali possono anche avere una separazione di fase elettronico in cui le regioni di molto diverso comportamento resistivo e magnetici possono coesistere all'interno di un unico materiale in lega di cristallo. Riducendo la portata di questi materiali per le scale di lunghezza e al di sotto della dimensione intrinseca dei domini elettronici, nuovi comportamenti possono essere esposti. A causa di questo e del fatto che-orbitale spin-carica-reticolo parametri d'ordine ogni coinvolgono lunghezze di correlazione, spazialmente riducendo questi materiali per misure di trasporto è un passo fondamentale nella comprensione della fisica fondamentale che guida comportamenti complessi. Questi materiali offrono anche un grande potenziale per diventare la prossima generazione di dispositivi elettronici 1-3. Così, la fabbricazione di nano-dimensionale bassa omicro-strutture è estremamente importante per ottenere nuove funzionalità. Questo comporta diversi processi controllabili da crescita di film sottili di alta qualità per la caratterizzazione proprietà elettroniche accurate. Qui vi presentiamo i protocolli di fabbricazione di microstrutture di alta qualità per i dispositivi complessi manganite ossido. Descrizioni dettagliate e le attrezzature necessarie di crescita del film sottile, foto-litografia e wire-bonding sono presentati.
Introduction
Il primo e uno dei passi più importanti verso dispositivi di alta qualità è la crescita epitassiale di film sottili di ossido. Un singolo substrato cristallino è utilizzato come "template" per depositare i materiali bersaglio. Tra i diversi metodi di deposizione, deposizione laser pulsata (PLD) è uno dei modi migliori per acquisire buona qualità film sottili di 4,5. I processi di crescita implicano riscaldare il substrato di circa 800 ° C in assenza di ossigeno e utilizzando impulsi laser per colpire il materiale target e generare un flusso da depositare sul substrato. Il sistema tipico è mostrato in Figura 1.
Mentre i film nanostrutturata hanno dimostrato di rivelare nuovi fisica esotica 6, riducendo dimensione pellicola fornisce più opportunità per esplorare nuovi fenomeni e di fabbricazione del dispositivo. Fotolitografia può essere usato per ridurre la dimensione del campione in piano fino all'ordine di 1 pm. Il protocollo dettagliato del processo di fotolitografia volontàessere discusso sotto. Questa tecnica è compatibile con i supporti più utilizzati, che consente per le indagini di effetti di confinamento sul film epitassiali detenuti in vari stati di deformazione.
Poiché molti ossidi complessi hanno caratteristiche interessanti a basse temperature e / o campi magnetici elevati, il collegamento tra il dispositivo elettronico e di misura è molto importante. Contatti di alta qualità possono essere formati per evaporazione di Au piazzole di contatto in una geometria a 4 sonda e con l'uso di un bonder filo per creare connessioni tra le pastiglie e dispositivo di misurazione. Se fatto correttamente, questi collegamenti possono facilmente resistere ad ambienti di misura estremi entro ampi intervalli di temperatura di 4 K a 400 K e gli intervalli di campo magnetico fino a ± 9 T.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diversamente elemento singolo materiali semiconduttori quali Si, la fabbricazione di materiali complessi può essere più difficile per il fatto che la struttura complessa e più elementi devono essere presi in considerazione. L'uso di fotolitografia per fabbricare dispositivi di ossidi complessi è relativamente basso costo e veloce per creare prototipi a differenza di altre tecniche di confinamento. Ci sono però alcune importanti limitazioni per capire. Fotolitografia ha una limitazione spaziale per creare strutt…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo sforzo è stato interamente sostenuto dal DOE statunitense, Ufficio di Scienze energia di base, Scienze dei Materiali e Divisione Engineering.
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).
