Fabrikasjon av Romlig Trange kompleks oksid
Summary
Vi beskriver bruk av pulset laser deponering (PLD), photolithography og wire-binding teknikker for å skape mikrometer skala komplekse oksider enheter. Den PLD utnyttes til å vokse epitaxial tynne filmer. Fotolitografi og wire-binding teknikker er innført for å skape praktiske enheter for måling formål.
Abstract
Komplekse materialer som høy Tc superledere, multiferroics og kolossale magnetoresistors har elektroniske og magnetiske egenskaper som oppstår fra de iboende sterke elektron korrelasjoner som bor i dem. Disse materialene kan også ha elektronisk fase separasjon i hvilke regioner av vesentlig forskjellig resistive og magnetisk atferd kan eksistere innenfor en enkelt krystall legering materiale. Ved å redusere omfanget av disse materialene for å lengdeskala på og under den iboende størrelsen av de elektroniske domener, kan nye virkemåter bli utsatt for. På grunn av dette og det faktum at spin-charge-gitter-orbital rekkefølge parametere hver innebære korrelasjon lengder, romlig redusere disse materialene for transport målinger er et kritisk punkt i å forstå den grunnleggende fysikken som driver komplekse atferd. Disse materialene tilbyr også et stort potensial til å bli den neste generasjonen av elektroniske enheter 1-3. Således fabrikasjon av lav dimensjonal nano-ellermikro-strukturer er ekstremt viktig for å oppnå ny funksjonalitet. Dette innebærer flere kontrollerbare prosesser av høykvalitets tynnfilm vekst til nøyaktig elektronisk eiendom karakterisering. Her presenterer vi fabrikasjon protokoller av høy kvalitet mikrostrukturene for komplekse oksid manganite enheter. Detaljerte beskrivelser og nødvendig utstyr av tynnfilm vekst, foto-litografi, og wire-binding blir presentert.
Introduction
Den første og en av de viktigste trinnene mot høy kvalitet enheter er veksten av epitaxial oksid tynne filmer. En enkelt krystall substrat blir brukt som en "mal" å avsette målet materialer. Blant ulike deponering metoder, er pulset laser deponering (PLD) en av de beste måtene å skaffe seg gode tynne filmer 4,5. Vekstprosesser involverer oppvarming av substratet til rundt 800 ° C i en oksygen-og miljø ved hjelp av laserpulser å treffe målet materiale og generere en fluks som skal avsettes på substratet. Det typiske system er vist i figur 1..
Mens unpatterned filmer blitt vist å avsløre eksotiske nye fysikk 6, redusere film dimensjon gir flere muligheter til å utforske nye fenomener og enhet fabrikasjon. Fotolitografi kan brukes for å krympe i planet prøven dimensjon ned til størrelsesorden 1 mikrometer. Den detaljert protokoll av fotolitografi prosessen vilbli beskrevet nedenfor. Denne teknikken er kompatibel med de fleste brukte underlag som gjør det mulig for undersøkelser av innesperring effekter på epitaxial filmer holdt på ulike belastninger stater.
Siden mange komplekse oksider har interessante egenskaper ved lave temperaturer og / eller høye magnetiske felt, er den elektroniske forbindelsen mellom enheten og måleutstyr svært viktig. Høy kvalitet kontaktene kan være dannet ved å dampe Au kontaktputer i en 4-sonde geometri og med bruk av en wire bønder å lage forbindelser mellom elektrodene og måleinnretningen. Når det gjøres riktig, kan disse tilkoblingene lett tåle ekstreme måling miljøer innenfor store temperaturområder av 4 K til 400 K og magnetfelt varierer på opptil ± 9 T.
Protocol
Representative Results
Discussion
I motsetning til ett ele halvledende materialer slik som Si, kan fremstillingen av komplekse materialer være mer vanskelig på grunn av det faktum at den komplekse struktur og flere elementer må alle tas i betraktning. Bruken av fotolitografi for å fremstille komplekse oksyd-enheter er forholdsvis lav kostnad og rask å prototype, i motsetning til andre innesperring teknikker. Det er imidlertid noen viktige begrensninger for å forstå. Photolithography har en romlig begrensning til å skape strukturer av ca 1 mikron…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble helt støttet av US DOE, Office of Basic Energy Sciences, Materialer Sciences and 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).
