Çeşitli işlemler karmaşık oksit ince filmlerin epitaksiyal büyümesi için atomik tanımlı şablonlar hazırlamak özetlenmiştir. Tek kristal SrTiO 3 (001) ve DyScO 3 kimyasal işlemler (110), alt-tabakalar atomik olarak pürüzsüz, tek sonlu yüzeyler elde etmek için yapıldı. Ca 2 Nb 3 O 10 – nanosheets keyfi yüzeylerde atomik tanımlı şablonlar oluşturmak için kullanıldı.
Atomik tanımlanan alt tabaka yüzeyleri karmaşık oksit ince filmlerin epitaksiyal büyüme için önkoşuldur. Bu protokol, iki yaklaşım bu yüzeyler açıklanmıştır elde edildi. İlk yaklaşım tek sona perovskit SrTiO 3 (001) ve DyScO 3 (110), alt-tabakaların hazırlanmasıdır. Bir tavlama aşaması, yüzey düzgünlüğünü geliştirmek için kullanıldı olurken ıslak aşındırma, seçici olarak, iki olası yüzey terminasyonlarının bir ayırmak için kullanıldı. Elde edilen tek sonlandırıldı yüzeyler yüksek kristal kalitesi ve yüzey ve film arasında iyi tanımlanmış arayüzler ile Perovskite oksit ince filmlerin heteroepitaxial büyümesi için izin verir. İkinci yaklaşımda, keyfi yüzeylerde epitaksiyal film büyüme için tohum katmanları Langmuir-Blodgett (LB) nanosheets birikimi ile oluşturulmuştur. Model sistem Ca2 Nb de 3 O – 10 nanosheets bunların tabakalı ana bileşiğin delaminasyonu ile hazırlanabilir, kullanılanHCA 2 Nb 3 O 10. Nanosheets tohum tabakaları oluşturmak önemli bir avantajı, nispeten pahalı ve boyut sınırlı tek kristal alt-tabakalar hemen hemen herhangi bir alt-tabaka malzemesi ile ikame edilmiş olabilir.
Çok sayıda araştırma epitaksiyel ince filmlerin ve malzeme bileşimi ve yapısı ayarlanması sureti ile elde edilebilir, çünkü fonksiyonel özelliklerinin geniş kompleks oksitler heteroyapıların gerçekleştirilir. Nedeniyle çeşitli büyüme tekniklerinin geliştirilmesine, günümüzde bileşimler ve toplu olarak ulaşılamazsa kristal özellikleri filmlerin geniş bir yelpazesi yapmak mümkündür. 1 birlikte, bu malzemelerin özelliklerinin yüksek ölçüde anizotropik olduğu gerçeği, bu yapar epitaksiyal filmler olaylar ve işlevleri toplu olarak elde edilmeyen gözlenmektedir. Bunun yanı sıra, epitaksiyel soyu ve heteroyapılarda oluşturulması yeni ya da geliştirilmiş özellikleri elde etmek için de kullanılabilir. 2.
Arzu edilen özelliklere sahip epitaksiyel filmler ve Heteroeklemler büyümesi için, iyi tanımlanmış bir yüzeye sahip alt-tabakalar gereklidir. Yüzey kimyası ya da morfolojisi Yerel farklılıklar homojen olmayan n nedenfilm içinde istenmeyen kusurları ve gren sınırlarında yol açar ucleation ve büyüme. Ayrıca, film ve alt-tabaka arasındaki arabirim, çünkü, sınırlı kalınlıkta özelliklerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynar. Bu alt-tabakalar, atomik seviyede düzgün ve homojen olduğu gerekli olduğu anlamına gelir.
Bu kriter yüzeyler doğal örn iyi tanımlanmış yüzeyleri, diğer karmaşık oksitleri yok kullanıldığında ulaşmak zordur. Bu açıdan bakıldığında, Perovskite oksitler en çok çalışılan alt tabaka malzemelerden biridir. Perovskit oksitler, A ve B, metal iyonları için beklemeye olduğu genel formül ABO 3 ile temsil edilebilir. Hemen hemen tüm metaller ve böylece farklı alt tabakaların geniş bir yelpazede imal kolaylaştırır A veya B yer, dahil edilebilir. Alt tabaka malzemesinin çok yönlülüğü uygulamalı epitaksiyal ırkı bir ayarlama ile ayar bunun üstüne yetiştirilen filmin özelliklerini bir tane veriyorarayüzünde yapıyı d. Bununla birlikte, bu alt tabakalar üzerinde büyüme, (001) dönük alt tabakaların, özellikle görünür perovskit yüzeyinin belirsiz doğasına kolay değildir. (001) yönünde, perovskit AO ile BO 2 tabakalarının alternatif olarak görülebilir. Bir (001) yönlendirilmiş olduğu alt-tabaka daha büyük bir kristal bölünmesi ile yapılmış, her iki oksitler yüzeyinde bulunmaktadır. Kristal mükemmel (001) düzlemi boyunca bölünmüş asla olduğundan bu olgu. Şekil 1'de gösterilmiştir, birim hücre yükseklik farkı ile teraslar oluşan bir yüzey oluşturur. Bununla birlikte, yarım birim hücrenin yükseklik farkları yüzey terminasyonlarının her iki tip varlığını gösterir, hem de mevcuttur. Perovskit oksit filmlerinin büyümesi için özellikle gösterildiği gibi bu, homojen özelliklere sahip olan bir sürekli filmi büyümek için bir sona perovskit substratlar olması önemlidir. sonlandırma büyüme k büyük bir fark neden olabilirinetics, sürekli olmayan filmlerin büyüme açan 3 -. AO-B'O arayüzleri BO-A'O arayüzleri tamamen farklı özelliklere sahip olabilir çünkü 5 Dahası, istifleme sırası, tam film tabaka arayüzü arasında benzer olmalıdır. 6
Tek bir sona Perovskite oksit yüzeyi elde etmek ilk başarılı yöntem SrTiO 3 (001) odaklı yüzeyler için geliştirilmiştir. Kawasaki vd. 7, daha sonra Koster ve arkadaşları tarafından iyileştirilen bir ıslak aşındırma yöntemi getirmiştir. 8 yöntem tamponlu hidrojen florür kısa yakılmış ve ardından, su içinde oksit hidroksile ile asidik aşındırma karşı SrO duyarlılığının arttırılması oluşmaktadır (BHF). Kristalliğini artırmak için sonraki tavlama bir atomik pürüzsüz yüzeyi 2 mevcut olan sadece TiO vardı verir. Daha sonra, tek bir sona nadir toprak scandates elde etmek için bir yöntem tarafından geliştirilenbazik çözelti içinde scandates göre nadir toprak oksitleri yüksek bir çözünürlüğe kullanılmıştır. Bu yöntem özellikle DyScO 3 yönelik ortorombik (110) için tarif edilmiştir ve tamamen ScanDate sona yüzeyler elde etmek için mümkün olduğu gösterilmiştir. 3 ve DyScO 3 alt-tabakalar, bu tarif edilmiştir, bu, tek sona SrTiO elde etmek için 9,10 yöntem protokol.
Tek kristal perovskit substratların değeri olmasına rağmen, alternatif olarak, uygun bir kristal yapılar olmaksızın rasgele alt-tabakalar aynı zamanda epitaksiyel film büyüme için açık kullanılabilir. Başlarına epitaksiyel film büyüme için uygun olmayan alt-tabakalar nanosheets bir tabaka ile kaplamak suretiyle uygun bir şablon içine yapılabilir. Nanosheets böylece th epitaksiyal büyümesini doğrudan yeteneğine sahip birkaç nanometre arasında bir kalınlığa ve mikrometre aralığında 11 bir yanal boyutu ile, esas olarak iki boyutlu bir tek kristaller, veFilmlerde. Rasgele bir alt-tabaka üzerinde nanosheets tabakasının biriktirilmesi ile, bir tohum tabakası kafes parametreleri doğrultusunda herhangi bir film malzemesinin dönük büyüme için oluşturulur. Bu yaklaşım, yönlendirilmiş gelişimiyle başarılı rapor edilmiştir, örneğin ZnO, TiO2, SrTiO 3 LaNiO 3 Pb (Zr, Ti) O 3 ve SrRuO 3 12 – nanosheets nispeten yüksek fiyatlar boyut sınırlamaları kullanılarak 15. Düzenli bir kristal yüzeylerde önlenebilir ve nanosheets hemen hemen herhangi bir alt-tabaka malzemesi üzerine biriktirilebilmektedir.
Nanosheets genellikle ana bileşiğin kristal yapısı tarafından tespit edilen belirli bir kalınlığa sahip, ayrık tabakalar içine bir tabakalı ana bileşiğin delaminasyon sureti ile elde edilir. 11 Delaminasyon sulu bir ortamda elde edilir, hacimli ile ana bileşikte ara kat metal iyonlarını alışverişinde yapının ayrılmasına neden olan bir organik iyonları,şişirmek ve sonuç olarak tek katmanlı nanosheets içine delaminasyonu için. Bu karşı-yüklü organik iyonları ile çevrilidir yüklü nanosheets bir kolloidal dispersiyon ile sonuçlanır. Delaminasyon işleminin bir şematik temsilidir, Şekil 2'de gösterilmiştir, bu protokolde, Ca2 Nb 3 O – 10. Nanosheets bir model sistem olarak kullanıldı ve bu perovskit ana bileşik Yurttaşların 2 Nb 3 O 10 elde edilebilir. Ca 2 Nb 3 O 10 – nanosheets SrTiO 3 kişilerce hemen hemen eşit düzlem kafes parametreleri ve atomik pürüzsüz, tek sonlandırıldı yüzey görüntüler. Bu nedenle, yüksek kaliteli filmler, tek tek nanosheets ile yetiştirilebilir. Nanosheets sulu bir dağılım elde edildikten sonra, bu Langmuir-Blodgett (LB) birikimi ile rasgele bir alt-tabaka üzerinde biriktirilebilmektedir. Bu yöntem, yüksek kontrol edilebilirlik ile tek katmanlarda nanosheet birikimini sağlayan gBelediyeler tüzel oluşumlardır elektroforetik çökeltme veya pıhtılaştırma gibi diğer geleneksel teknikler ile elde edilemez. nanosheets çevreleyen 11 organik iyonlar yüzey-aktif moleküller ve dağılım yüzeyine difüze olma eğilimindedir, yüzer nanosheets bir tek tabaka oluşturmak. Bu tek tabaka yoğun ambalaj içine sıkıştırılır ve rasgele bir substrat üzerine biriktirilebilmektedir. Çökeltme işleminin bir şematik temsilidir, Şekil 3'te gösterilmiştir; % 95'in üzerinde bir yüzey kaplama genellikle 15 başarılabilir – 18 ve bu esas nanosheets istifleme veya kenarları üst üste olmadan oluşur. Çok katmanlı tekrar birikmesi ile elde edilebilir.
Bu protokol Ca 2 Nb 3 O 10 – nanosheets bir model sistem olarak kullanıldı, ancak epitaksiyal film büyüme için bir tohum katmanı olarak nanosheets kullanma prensibi daha yaygın uygulanabilir. Oksit nanosheets fazlasını alırsınız rağmenLiteratürde tohum katmanları olarak dikkat, kavram da böyle BN, GaAs, Tis 2, ZnS ve MGB 2 olmayan oksit nanosheets kadar uzatılabilir. Nanosheets da ana bileşiğin bir bileşim miras Bundan başka, çeşitli özellikleri ana gövdesinin uygun bir tasarım ile sokulabilir. Yönlendirilmiş film büyümesi için tohum tabakası olarak kullanımlarına ek olarak, nanosheets çok çeşitli temel malzeme özellikleri okuyan ve yeni, fonksiyonel yapıları mühendislik değerli bir araç olduğu kanıtlanmıştır 11,19 -. 22
Bu protokol epitaksiyal büyüme oksit ince filmlerin farklı şablon türleri elde etmek deneysel prosedürleri gösterir. arbiträr üzerinde nanosheet katmanları – Tam prosedürler nb Ca 2 imal etmek için 3 O 10 iyi tanımlanmış bir sona 3 ve DyScO 3 alt-tabakalar açıklanmaktadır SrTiO, hem de işlem elde etmek içinalt tabakalar y.
Tüm Perovskite oksit tabaka tedavilerinin en önemli yönü işin temizliktir. Tavlama sırasında istenmeyen reaksiyonlar kolayca yüzeye zarar verebilir ederken Yüzey kirlenmeler, alt tabakanın alanların aşındırma önler.
Farklı adımların sırası de önemlidir. Sonrası tavlama alt-tabakanın yüzeyine dökme istenmeyen Dy difüzyon nedeniyle, bu DyScO 3 tedavisinde, tavlama aşaması, dağlama aşamasından önce yapılmalıdır. 12 M NaOH çözeltisi içinde gravür sonra, 1 M çözelti, her zaman alt-tabaka yüzeyi üzerine disprosyum hidroksit bileşiklerin çökelmesini önlemek için kullanılmalıdır. Suda ıslatma SrO hydroxylize amacıyla SrTiO 3 tedavi için gereklidir. Bu şekilde, kısa aşındırma kez nedeniyle kontrolsüz aşındırma yüzeyin hasar görmesi önlenmektedir, ki kullanılabilir. Suya daldırılması DyScO halinde isteğe bağlı bir adımdır <sub> 3 tedavi. Bu adım sadece standart SrTiO 3 tedavi prosedürü kopyalanır ve tedavi herhangi bir önemi olması beklenmemektedir.
Tavlama adımları yüzeyin kristal geliştirmek için gereklidir. DyScO 3 ve SrTiO 3 tedaviler için belirtilen tavlama süreleri ortalama, iyi tanımlanmış adım çıkıntıları yol, zamanlardır. Bununla birlikte, bazen, tavlama süresinin geniş teraslar, örneğin, düşük bir miscut açılı yüzeyler için yüksek olması gerekir. Artmış difüzyon uzunluğu sonra en uygun siteleri bulmak için yüzey atomları için gereklidir. SrTiO 3 durumunda, bir çok uzun tavlama süresi yüzeyine dökme Sr atomlu istenmeyen difüzyonu neden olabilir. Örnek sonuçlar bölümünde tarif edildiği gibi, ikinci sonlandırma düz basamak kenarları ve kare delikleri belirmesiyle yüzey morfolojisinde gözlenebilir. Bu durumda, yüzey işleme Cbir tekrar, ancak son tavlama aşaması, 30 dakika 26 için 920 ° C sıcaklıkta yapılmalıdır.
Bu protokolde tarif edilen yöntem (001) SrTiO 3 ve nadir toprak scandates en başarılı metod mevcuttur, ancak sadece bu alt tabakalar için geçerlidir. Bununla birlikte, diğer substratlar için yöntemler tam yüzey kimyasına ayarlanmalıdır. Diğer yönelimlere sahip alt tabakalar kullanılmaktadır, bu da gereklidir ya da bunun yerine B Alanı sonlandırma A-bölgesi arzu edilir. Mevcut tedaviler genel bir bakış Sanchez ve ark., 6 ve Schlom ark bulunabilir. 2
Nanosheets tohum katmanları ile ilgili olarak, sürecin hassas parçalar yüksek kaliteli nanosheet dağılımlarını elde etmek ve birikimi sırasında kirlenmesini önlemek için vardır. Hacimli organik iyonların eklenmesiyle, tek katmanlı nanosheets içine bir tabakalı ana bileşiğin Delaminasyon kolaylıkla meydana gelir fakat nanosheets topaklaşma eğilimidağılma ve agrega homojen mono tabakaları birikmesini engelleyecektir. Bu nedenle, bu dispersiyonun alt kısmını kullanmak için kullanımdan önce ve en az 24 saat süre ile geri kalan bir taze seyreltilmiş dispersiyonun bırakmak için çok önemlidir. Bu büyük agrega yerleşmek ve dağılımın üst kısmı nispeten saf hale gelecektir için zaman bırakır. Devam eden toplama sürekli dağılmasını düşer beri seyreltme tavsiye sonra, bir hafta içinde kullanın. Dağılım hacmi boyunca nanosheet konsantrasyonu meydana gelen degrade stok dağılımına alınan hacim yerel nanosheet konsantrasyonuna bağlı olarak, LB birikimi sırasında yüzey basıncı değerlerinde bazı farklılıklar neden olduğunu unutmayınız. Ayrıca, LB yerleştirme yüzey-aktif moleküllere dayanır ve böylece kirlenmeye veya hareket için çok hassastır. Kurulum ve Wilhelmy plakası dikkatli temizleme ve koruma ag (tercihen temizlik araçları ile bu kurulum sadece adanmış)ainst hava akışı ve titreşim çok önemlidir.
LB birikimi ile keyfi yüzeylerde nanosheets bir tohum katmanı oluşturma kavramı ince film büyüme alanında değerli bir araçtır. nanosheets ve atomik mükemmel yüzey prensipte yüksek kaliteli epitaksiyal filmler, kafes parametreleri ile eşleşen herhangi bir film malzemesi verir. Nanosheets hemen hemen herhangi bir alt-tabaka malzemesi üzerine tatbik edilebilir ve bu şekilde diğer maddeler, nispeten pahalı ve boyut sınırlı tek kristal tabakaları yerini alabilir. LB yöntem, genel olarak elektroforetik çökeltme veya pıhtılaştırma gibi diğer geleneksel teknikler ile elde edilemeyen yüksek bir kontrol edilebilirlik ile mono tabakaları birikmeyi nanosheet sağlar. Bununla birlikte, 11, tıkanıklık tohum tabakasının mükemmel derecesine sahiptir. Geniş alanlar üzerinde yüksek film kalitesi, fonksiyonel cihazlar ve bugüne kadar güvenilir uygulama için gerekli olan, bu sağlanamamıştır. Ile nanosheets yatırmak içinkendi içinde düzlem yönünü kontrol etmek için mükemmel bir kapsama alanı ve tercihen de alandaki başlıca sorunlardır. Bununla birlikte, sanatın mevcut durumu zaten araştırma değerli bir araç olduğunu kanıtlamıştır.
The authors have nothing to disclose.
Bu eser mali bir VIDI hibe yoluyla Hollanda Bilimsel Araştırma Örgütü (NWO) tarafından ve TOP ve ECHO programları çerçevesinde Hollanda Bilimsel Araştırma Örgütü (NWO-CW) Kimyasal Bilimler bölümü tarafından desteklenmektedir.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
tetra-n-butyl ammonium hydroxide (40 wt% aq) | Alfa Aesar | L02809 | corrosive |
Langmuir Blodgett setup (incl trough, barriers, Wilhelmy plate, frame etc) | KSV NIMA | see catalogue behind link for multiple options | http://www.ksvnima.com/file/brochures-2/ksvnimallbaccessoryandmodules 23-8-2013.pdf |
Buffered hydrogen fluoride (NH4F:HF = 87.5:12.5) | Sigma Aldrich | 40207 | Hazard statements: H301-H310-H314-H330, precautionary statements: P260-P280-P284-P301 + P310-P302 + P350-P305 + P351 + P338 |
NaOH (reagent grade) | Sigma Aldrich | S5881 | Hazard statements: H290-H314, precautionary statements: P280-P305 + P351 + P338-P310 , product purchased as pellets, the 12 and 1 M solutions should be made from these pellets. |
Tube furnace (Barnstead 21100) | Sigma Aldrich | Z229725 | |
STO and DSO substrates | CrysTec GmbH, Germany | – | www.crystec.de, size used 5 x 5 x 0.5 mm3 |