Изготовление пространственно ограниченных сложных оксидов
Summary
Опишем использованием импульсного лазерного осаждения (PLD), фотолитографии и провода связи методы, чтобы создать микрометров сложных устройств оксидов. PLD используется для эпитаксиального роста тонких пленок. Фотолитографии и провода связи методы вводятся для создания практических устройств для измерения целей.
Abstract
Комплекс материалов, таких как ВТСП, мультиферроиками, и колоссальные магниторезисторы имеют электронные и магнитные свойства, которые вытекают из присущего сильных электронных корреляций, которые находятся в них. Эти материалы могут также обладать электронного разделения фаз, в котором регионах сильно отличаются резистивные и магнитные свойства могут сосуществовать в одной сплава кристалла. Уменьшая масштаб этих материалов для весов в длину и ниже присущие размер электронных доменов, новые формы поведения могут быть подвержены. В связи с этим и то, что спин-заряд-решетки-орбитальных параметров порядка принимать участие либо корреляционные длины, пространственно снижения этих материалов для транспортных измерений является важным шагом в понимании фундаментальной физики, который управляет сложным поведением. Эти материалы также обладают большим потенциалом, чтобы стать следующим поколением электронных устройств 1-3. Таким образом, изготовление маломерных нано-илимикро-структур чрезвычайно важно для достижения новых функциональных возможностей. Это включает в себя несколько управляемых процессов из высококачественного роста тонких пленок к точным электронным характеристика собственности. Здесь мы представляем изготовление протоколов высокого качества микроструктуры для сложных устройств манганитом оксида. Подробные описания и необходимое оборудование роста тонких пленок, фото-литографии, и провода связи представлены.
Introduction
Первый и один из наиболее важных шагов устройств с высоким качеством роста эпитаксиальных тонких пленок оксида. Монокристаллической подложки используется как "шаблон" для нанесения материалов мишени. Среди различных методов осаждения, импульсное лазерное осаждение (PLD) является одним из лучших способов получения хорошего качества тонких пленок 4,5. Ростовые процессы включают нагревание подложки до около 800 ° C в атмосфере кислорода и использования лазерных импульсов попасть в цель материала и генерировать поток на хранение на подложку. Типичная система показана на рисунке 1.
В то время как без узоров фильмы были показаны выявить экзотических новая физика 6, сокращение фильма измерение предоставляет более широкие возможности для изучения новых явлений и изготовление устройства. Фотолитографии может быть использован для сжатия в плоскости размера образца до порядка 1 мкм. Подробный протокол процесса фотолитографии будетрассмотрены ниже. Этот метод совместим с наиболее широко используемых субстратов, который позволяет для исследования воздействия на заключение эпитаксиальных пленок состоялось в различных состояниях напряжения.
Поскольку многие сложные оксиды имеют интересные характеристики при низких температурах и / или сильных магнитных полей, электронные соединение между устройством и измерительное оборудование является очень важным. Высокое качество связи может быть сформирован путем выпаривания колодки Au контакта в 4-зонд геометрии и с использованием провода полуторный сделать связи между прокладками и измерительного устройства. Если все сделано правильно, эти связи могут легко выдерживают экстремальные условия измерения в широких пределах температуре 4 К до 400 К и магнитных полей диапазонов до ± 9 Т.
Protocol
Representative Results
Discussion
В отличие от одного элемента полупроводниковых материалах, таких как Si, изготовление сложных материалов может быть более сложной из-за того, что сложную структуру и множество элементов должны быть приняты во внимание. Использование фотолитографии для изготовления сложных устройств о…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была полностью поддерживается Министерством энергетики США, Управление основной энергии наук, наук о материалах и инжиниринга.
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).
