空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製
Summary
我々は、パルスレーザー堆積（PLD）、フォトリソグラフィ及びマイクロメートルスケールの複合酸化物デバイスを作成するためのワイヤボンディング技術の使用を記載している。 PLDは、エピタキシャル薄膜を成長させるために利用される。フォトリソグラフィとワイヤボンディング技術は、測定目的のための実用的なデバイスを作成するために導入される。
Abstract
このような高いTcの超伝導体、マルチフェロイック、および巨大磁気抵抗などの複雑な材料は、その中に存在する固有の強い電子相関に起因する電子·磁気特性を持っている。これらの材料は、非常に異なる抵抗性及び磁気的挙動の領域が単結晶合金材料内に共存できる電子相分離を有することができる。電子ドメインの固有の大きさで、かつ下記長さスケールにこれらの材料の規模を低減することにより、新規な挙動を露出させることができる。そのためのこのとスピン電荷格子軌道秩序パラメータは、各空間輸送測定のため、これらの材料を減らし、相関長を伴うという事実は、複雑な動作を駆動する基本的な物理学を理解する上で重要なステップです。これらの材料はまた1-3電子機器の次の世代になるための大きな可能性を提供しています。従って、低次元の作製ナノまたは微細構造は、新しい機能を実現するために非常に重要である。これは、高品質薄膜成長から正確な電子物性の特性への複数の制御可能なプロセスが含まれます。ここでは、複合酸化マンガンデバイスのための高品質の微細構造の製造プロトコルを提示する。薄膜成長、フォトリソグラフィ、及びワイヤボンディングの詳細な説明と必要な機器が示されている。
Introduction
第一及び高品位のデバイスに向かって最も重要な工程の一つは、エピタキシャル酸化物薄膜の成長である。単結晶基板をターゲット材料を堆積させるために "鋳型"として使用される。異なる堆積方法のうち、パルスレーザー堆積（PLD）は、4,5良い品質の薄膜を取得するための最良の方法の一つである。成長プロセスは、酸素環境下で約800℃まで基板を加熱し、ターゲット材料に衝突し、基板上に堆積される磁束を生成するためにレーザパルスを用い含む。典型的なシステムを図1に示されている。
パターン化されていないフィルムは、フィルムの寸法を低減し、エキゾチックな新しい物理6を明らかにするために示されているが、新しい現象やデバイス製造を探索するより多くの機会を提供します。フォトリソグラフィーは、1μmのオーダーまでの面内のサンプル寸法を縮小するために使用することができる。フォトリソグラフィープロセスの詳細なプロトコルは、意志以下に説明する。この手法は、異なるひずみ状態で開催されたエピタキシャル膜で閉じ込め効果の調査を可能にし、最も広く使われている基板と互換性があります。
多くの複合酸化物が低温および/または高磁場での興味深い特性を有することから、装置及び計測機器との間の電気接続は非常に重要である。高品質の接点は、4探針の幾何学的形状で、パッドと測定装置との間の接続を行うために、ワイヤボンダーを用いてAuのコンタクトパッドを蒸発させることによって形成することができる。正常に終了したら、これらの接続を容易4 K〜400 Kと±9 T.までの磁界範囲の広い温度範囲内で極端な測定環境に耐えることができる
Protocol
Representative Results
Discussion
Siなどの半導体材料の単一の要素とは異なり、複合材料の製造は、複雑な構造と複数の要素がすべて考慮しなければならないという事実によるより困難にすることができる。複合酸化物デバイスを製造するためのフォトリソグラフィーの使用は、他の閉じ込め技術とは対照的に、プロトタイプの比較的低コストかつ高速である。理解するが、いくつかの重要な制限があります。フォトリソグ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この努力は完全に米国DOE、基礎エネルギー科学、材料科学と工学部門のオフィスによってサポートされていました。
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).
