Tillverkning av Rumsligt Självindragande komplexa oxider
Summary
Vi beskriver användning av pulsad laser deponering (PLD), fotolitografi och wire-bindning tekniker för att skapa mikrometerskala komplexa oxider enheter. Den PLD används för att odla epitaxiella tunna filmer. Fotolitografi och wire-bindning tekniker införs för att skapa praktiska apparater för mätning ändamål.
Abstract
Komplexa material såsom höga Tc supraledare, multiferroics och kolossala magnetoresistorer har elektroniska och magnetiska egenskaper som uppstår från de inneboende starka elektron korrelationer som finns inom dem. Dessa material kan också ha elektronisk fasseparation i vilka regioner av väldigt olika resistiv och magnetiska beteende kan samexistera inom en enkristallegering material. Genom att minska omfattningen av dessa material till längdskalor vid och under den inneboende storleken på elektroniska domäner, kan nya beteenden exponeras. På grund av detta och det faktum att spin-laddning-gitter-orbital ordningens parametrar vardera involverar korrelation längder, rumsligt minska dessa material för transport mätningar är ett kritiskt steg i att förstå den grundläggande fysiken som driver komplexa beteenden. Dessa material har också stor potential att bli nästa generation av elektroniska enheter 1-3. Således tillverkning av låg dimensionell nano-ellermikrostrukturer är extremt viktigt att uppnå ny funktionalitet. Detta innebär flera styrbara processer från högkvalitativa tunnfilmstillväxt till exakt elektronisk egendom karakterisering. Här presenterar vi fabrikationslängder protokoll av högkvalitativa mikrostrukturer för komplexa enheter oxid manganite. Detaljerade beskrivningar och erforderlig utrustning för tunnfilmstillväxt, foto-litografi och wire-bindning presenteras.
Introduction
Den första och en av de viktigaste stegen mot högkvalitativa enheter är tillväxten av epitaxiella oxid tunna filmer. En enkristallsubstrat används som en "mall" för att sätta in de sökta ämnena. Bland olika deponeringsmetoder är pulsad laser deponering (PLD) är en av de bästa sätten att skaffa bra kvalitet tunna filmer 4,5. Tillväxtbetingelserna processer involverar uppvärmning av substratet till omkring 800 ° C i en syremiljö och använda laserpulser att träffa målmaterialet och generera ett flöde som skall avsättas på substratet. Det typiska systemet visas i figur 1.
Medan omönstrat filmer har visats avslöja exotiska nya fysiken 6, minskar film dimension ger fler möjligheter att utforska nya fenomen och Komponentframställning. Fotolitografi kan användas för att krympa i planet prov dimension ned till i storleksordningen 1 | im. Den detaljerade protokoll för fotolitografi processen kommeratt diskuteras nedan. Denna teknik är kompatibel med mest använda substrat vilket möjliggör undersökningar av instängdhet effekter på epitaxiella filmer hölls på olika stam stater.
Eftersom många komplexa oxider har intressanta egenskaper vid låga temperaturer och / eller höga magnetfält, är den elektroniska anslutningen mellan enheten och mätutrustning mycket viktigt. Högkvalitativa kontakter kan bildas genom förångning Au kontaktdynor i ett fyra-prob geometri och med användningen av en tråd bonder att göra anslutningar mellan dynorna och mätanordning. När du gjort korrekt, kan dessa anslutningar tål lätt extrema mätning miljöer inom ett brett temperaturintervall av 4 K till 400 K och magnetfält varierar fält på upp till ± 9 T.
Protocol
Representative Results
Discussion
Till skillnad från enkla elementet halvledande material såsom Si, kan tillverkningen av komplexa material vara svårare på grund av det faktum att den komplexa strukturen och flera element alla måste tas i beaktande. Användningen av fotolitografi för att tillverka komplexa oxid-enheter är relativt låg kostnad och snabbt till prototyp i motsats till andra inneslutning tekniker. Det finns dock några viktiga begränsningar att förstå. Fotolitografi har en rumslig begränsning till att skapa strukturer av omkring…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna insats var helt stöds av US DOE, Office of Basic Energy Sciences, materialkunskap och division 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).
