Modelli atomicamente definiti per epitassiale crescita di ossido Complex Thin Films

Punto 1) attacco selettivo di SrTiO 3 e DyScO 3 substrati Microscopia a forza atomica (AFM) è un modo semplice per ottenere una indicazione del successo del trattamento. L'immagine AFM di una SrTiO 3 substrato che era stata solo lampo a 650 ° C (Figura 4A) mostra una superficie ruvida, dimostrando la necessità di una fase di ricottura ad alta temperatura. I dati AFM di un substrato ricotto (Figure 4A-C) mostrano chiaramente due terminazioni di superficie, poiché netto contrasto dell'immagine attrito si osserva, così come mezzo dislivelli cella unitaria in una sezione trasversale di un'immagine altezza. Figura 5 mostra AFM immagini di TiO2 terminati SrTiO 3 supporti, che sono stati trattati secondo il metodo descritto in questo protocollo. Su larga scala, sporgenze terrazza rette possono osservare (Figura 5A). Su scala minore,terrazzi molto lisce sono osservate, e solo le differenze di altezza cella unitaria tra le terrazze sono misurati, come previsto per le superfici singole terminati. Su supporti con terrazze più grandi, vale a dire, con angoli tagliati irregolarmente più piccoli, cellulari unità fori profondi sono visibili vicino alle sporgenze terrazza (Figura 5B). Questi fori scompaiono quando si utilizzano volte più a lungo di ricottura, portando a morfologie simile a substrati singoli terminati con angoli tagliati irregolarmente superiori (Figura 5C). La morfologia di questi fori, così come la morfologia delle sporgenze terrazza, sono un'indicazione importante singola terminazione. 24 Su supporti singoli terminati, i fori sono di forma circolare, mentre le sporgenze terrazza sono arrotondati. Al contrario, sporgenze terrazza spigoli vivi e fori quadrati sono visibili su supporti doppi terminati (vedi Figura 4B). Un'altra indicazione di un'unica terminazione appare in riflessione ad alta energia di elettroni diffrangereion (RHEED) immagini, come illustrato in figura 6. In immagini RHEED di come substrati ricevuti, appaiono striature causa della scarsa cristallinità della superficie. Dopo la ricottura in ossigeno o trattamento completo del substrato, la superficie è più ordinata, come si può vedere dalla comparsa di linee Kikuchi e macchie diffrazione taglienti. Tuttavia, nel caso di substrati singoli terminati, i punti di diffrazione sono ancora più piccoli rispetto a substrati che ricotte soltanto. Più importante, oltre alle (1×1) macchie, senza punti aggiuntivi sono visibili, che sono sempre presenti in modelli di substrati doppie terminati Nel caso di DyScO 3, è più difficile da vedere se un trattamento è efficace. Nessuna differenza può essere visto tra i modelli RHEED di ricotta substrati doppia terminati e trattati chimicamente ScO 2 terminato substrati 0,10 in figura 7, le immagini AFM di diversa DyScO ricotto 3 substratos sono mostrati. Diversi terminali possono essere facilmente visibili nella Figura 7A-D. Figura 7E e F mostrano la morfologia previsto per substrati singoli terminati, cioè solo 4 passaggi A sono visibili. Tuttavia, la risoluzione mista può ancora verificarsi in scala molto piccola. A causa della risoluzione limitata del AFM, le aree di diverse terminazioni non sono chiaramente visibili. Higher rugosità superficiale in entrambe le immagini altezza e di fase rispetto alle superfici singoli terminati sono un'indicazione della presenza di entrambi terminazioni. Tecniche di microscopia a scansione sonda e diffrazione di superficie non sono sufficienti per determinare completamente il successo di un trattamento. Regioni minori della seconda chiusura non possono essere osservati con entrambi i tipi di tecniche a causa di risoluzione limitata. Tuttavia, queste regioni minori possono avere un drammatico influenza sulla qualità del film, come mostrato nella Figura 8. La nucleazione di SrRuO <sub> 3 è molto sensibile verso la risoluzione della superficie. 3-5 Anche se le immagini AFM delle DyScO 3 e SrTiO 3 substrati di rispettivamente Figura 8C e F sembravano dimostrare singole superfici terminati, la crescita di SrRuO 3 mostra che le regioni degli altri cessazione erano ancora presente. Alla fine, il successo di un trattamento può essere completamente determinata solo considerando la qualità del film cresciuto. Punto 2) Deposizione di Ca 2 Nb 3 O 10 – nanosheets su substrati arbitrari Durante nanosheet deposizione, la variazione di pressione superficiale può essere monitorato e questo dà un'indicazione su come i proventi di deposizione. Tipici trame della pressione superficiale durante la compressione superficie iniziale e la deposizione effettiva di nanosheets sono mostrati in Figura 9. La pressione aumenta generalmente un aumeasingly denso imballaggio nanosheets e aumenta galleggianti più rapidamente la densità avvicina al 100%. La deposizione reale dovrebbe iniziare appena prima della pressione superficiale raggiunge il suo massimo e questa pressione viene mantenuta durante la deposizione. Nel caso la pressione passa massimo e (leggermente) collassa, questo potrebbe indicare che l'elevata forza di compressione causato i bordi di alcuni nanosheets a sovrapporsi e creare (parziale) pile. Fintanto che la pressione non si avvicina al massimo, le nanosheets non sono ancora organizzati in un imballaggio denso. Durante la deposizione effettiva, le barriere lentamente muovono avanti e indietro per consentire la riorganizzazione locale del monostrato nanosheet e questo provoca un profilo di pressione sega-like. Una tipica immagine AFM di un monostrato di nanosheets è mostrato in Figura 10. Le superfici nanosheet sono lisce e la differenza di altezza con lacune adiacenti approcci spessore cristallografica 1,44 nmdi Ca 2 Nb 3 O 10 – strati nel loro composto progenitore 11. Un monostrato di nanosheets totalmente (001) orientato nella direzione fuori piano, ma ha un orientamento casuale in piano a causa della casuale ordinamento in piano di nanosheets. Per illustrare i loro orientamenti cristallo e qualità, la figura 11 mostra un'immagine elettroni backscatter diffrazione (EBSD) del epitassiale SrRuO 3 coltivate su Ca 2 Nb 3 O 10 – nanosheets con uno strato intermedio di SrTiO 3. Il film ha una (001) orientamento fuori dal piano su tutti nanosheets e ha un singolo orientamento nel piano sui singoli nanosheets. La morfologia di superficie di tali film è illustrato l'immagine AFM in Figura 12 .Le altezze passo nelle parti continue corrispondono né con lo spessore nanosheet o con l'altezza della cella dell'unità di SrRuO 3 con, confermando la crescita film di alta qualità su atomicamente perfetta nanosheets. Per un rapporto esteso sulle proprietà di SrRuO epitassiale 3 film cresciuti da questo approccio, consultare Nijland et al. 15 Figura 1. (A) Rappresentazione schematica di una cella elementare perovskite cubica. Il ioni metallici A e B si trovano, rispettivamente, gli angoli e il centro della cella elementare. Gli atomi di ossigeno si trovano alle facce del cubo, formando un ottaedro intorno ione B. (B) Rappresentazione schematica di una (001) orientato substrato perovskite. A causa di un tagliati irregolarmente, la superficie è costituita da terrazze. Entrambe le terminazioni, AO e BO 2, sono presenti sulla superficie. (C) Rappresentazione schematica di un substrato completamente BO 2 chiuso. (D) immagine AFM della superficie di un substrato DyScO 3 dopo ricottura a 1.000 6; C per 4 ore. La rugosità sulle terrazze è causata dalla presenza di due terminazioni di superficie, come mostrato nel profilo linea (E), dove non solo i passi cella unitaria 4 A, ma anche 2 A differenze di quota sono visibili. Figures AC sono adattato da Kleibeuker et al. 9 Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 2. Rappresentazione schematica della delaminazione di un composto precursore stratificato in nanosheets unilamellari. Scambio ionico con molecole ingombranti provoca la struttura a gonfiarsi e riduce le forze elettrostatiche interstrato, consentendo gli strati siano separati l'uno dall'altro.ottenere = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 3. Rappresentazione schematica di nanosheet deposizione metodo LB. Le nanosheets galleggiante verso la superficie della dispersione e sono compressi in una fitta imballaggio dalle barriere movimento verso l'interno. Il substrato viene poi lentamente ritirato dalla dispersione. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 4. (A) immagine AFM di una SrTiO 3 substrato che era stato lampeggiato a 650 ° C. (B) Altezza AFM e (C) attritoimmagine di una doppia terminazione SrTiO 3 substrato, mostrando bordi taglienti gradini e terrazze con mezza unità dislivello cella rispetto alle terrazze adiacenti, come visibile nel profilo linea dell'immagine dell'altezza AFM mostrato in (D). Le due terminazioni differenti causano un netto contrasto dell'immagine attrito. Figura prese con il permesso di Koster et al. 8 Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 5. (AC) immagini AFM di singole terminati SrTiO 3 substrati. (D) è una linea di profilo di (C), che mostra solo le differenze di altezza cella elementare. Il cerchio in (B) indica una cella elementare profonda Hol es che sono visibili vicino alle sporgenze terrazza di substrati con angoli tagliati irregolarmente bassi. Figura prese con il permesso di Koster et al. 24 Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 6. immagini RHEED di (A) un esempio ricevuto SrTiO 3 substrato, (B) un substrato ricotto e (C) un singolo terminato SrTiO 3 substrato. Figura prese con il permesso di Koster et al. 24 Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. caricare / 52209 / 52209fig7highres.jpg "/> Figura 7. Immagini AFM di ricottura DyScO 3 substrati. (AD) mostrano superfici chiaramente doppio terminati. Tuttavia, la morfologia può variare da substrato al substrato. Le superfici di (E) e (F) aspetto più omogeneo e dislivelli cella unica unità possono essere misurati. Tuttavia, la risoluzione della AFM può essere troppo bassa per misurare piccole aree di una seconda terminazione 25. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 8. immagini AFM di SrRuO 3 film coltivate su SrTiO 3 e DyScO 3 substrati. I film in (A) e <stro ng> (D) sono coltivate su rispettivamente SrTiO 3 e DyScO 3 substrati che sono stati trattati secondo le modalità descritte in questo protocollo. I film sono molto liscia, e profili di linea che vengono indicati in (B) e (E) mostrano solo unità dislivelli cellulare. I film in (C) e (F) sono state coltivate su doppi supporti ricotto terminati. Trincee sono visibili, che sono nella gamma dello spessore del film. Gli inserti in (D) e (F) mostrano il substrato prima della crescita. Si noti che entrambe le superfici sono molto liscia. Figura prese con il permesso di Kleibeuker et al. 9 Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. hres.jpg "/> Figura 9. tipiche trame della pressione superficiale durante l'iniziale compressione superficie e la deposizione effettiva di Ca 2 Nb 3 O 10 -. Nanosheets Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 10. Immagini AFM e profilo di linea di un monostrato di Ca 2 Nb 3 O 10 -. Nanosheets depositati su un substrato di silicio I nanosheets mostrano superfici lisce. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura. "Src =" / files / ftp_upload / 52209 / 52209fig11highres.jpg "/> Immagine Figura 11. EBSD di SrRuO epitassiale 3 coltivate su Ca 2 Nb 3 O 10 -. Nanosheets con uno strato intermedio di SrTiO 3 Il film ha un out-of-plane (001) orientamento su tutti nanosheets e ha un unico piano orientamento sui singoli nanosheets. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 12. AFM immagine e la linea del profilo di SrRuO epitassiale 3 coltivate su Ca 2 Nb 3 O 10 -. Nanosheets con uno strato intermedio di SrTiO 3 Passo altezze nelle parti continue corrispondono allo spessore di nanosheet1.4 nm e l'unità di altezza SrRuO 3 celle di 0,4 nm. 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