धातु के विकास और इलेक्ट्रोस्टैटिक/LaAlO3/SrTiO3 बिषम
Summary
हम धातु/LaAlO3/SrTiO3 बिषम स्पंदित लेजर जमाव का एक संयोजन का उपयोग कर और सीटू magnetron sputtering में । magnetotransport के माध्यम से और सीटू एक्स-रे photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों में , हम इस प्रणाली में गठित अर्ध दो आयामी इलेक्ट्रॉन गैस की इलेक्ट्रोस्टैटिक और रासायनिक घटना के बीच एक साथ पुनरावृत्ति की जांच ।
Abstract
अर्ध 2d इलेक्ट्रॉन प्रणाली (q2DES) कि LaAlO3 (लाओ) और SrTiO3 (STO) के बीच इंटरफेस पर रूपों ऑक्साइड इलेक्ट्रॉनिक्स समुदाय से ज्यादा ध्यान आकर्षित किया है । इसकी पहचान सुविधाओं में से एक 4 यूनिट की एक महत्वपूर्ण लाओ मोटाई-कोशिकाओं (यूसी) चेहरे की चालकता के लिए उभरने के अस्तित्व है । हालांकि इलेक्ट्रोस्टैटिक तंत्र अतीत में इस महत्वपूर्ण मोटाई के अस्तित्व का वर्णन करने के लिए प्रस्तावित किया गया है, रासायनिक दोषों के महत्व को हाल ही में बल दिया गया है । यहां, हम एक अल्ट्रा उच्च वैक्यूम (UHV) क्लस्टर प्रणाली के संयोजन स्पंदित लेजर जमाव में धातु के विकास/STO बिषम का वर्णन (लाओ बढ़ने के लिए), magnetron sputtering (धातु बढ़ने के लिए) और एक्स-रे photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) । हम कदम से कदम के गठन और q2DES के विकास और रासायनिक बातचीत है कि धातु और लाओ/STO के बीच होने का अध्ययन । साथ ही, q2DES के परिवहन और इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर magnetotransport गडबड स्पष्ट है । इस व्यवस्थित काम न केवल q2DES और उसके पर्यावरण के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक और रासायनिक पुनरावृत्ति का अध्ययन करने के लिए एक रास्ता दर्शाता है, लेकिन यह भी अमीर भौतिकी के साथ कुछ बहुआयामी कैपिंग परतों को दो आयामी में मनाया संभावना बातें बताता है इलेक्ट्रॉन प्रणालियों, उपकरणों के नए प्रकार के निर्माण की अनुमति ।
Introduction
अर्ध 2d इलेक्ट्रॉन सिस्टम (q2DES) बड़े पैमाने पर किया गया है एक खेल का मैदान के रूप में इस्तेमाल के लिए कम आयामी और क्वांटम घटना की एक भीड़ का अध्ययन । LaAlO3/SrTiO3 प्रणाली पर लाभदायक कागज से शुरू (लाओ/STO)1, विभिंन प्रणालियों के एक फट कि मेजबान नए चेहरे इलेक्ट्रॉनिक चरणों बनाया गया है । विभिंन सामग्रियों का मेल अतिरिक्त गुणों के साथ q2DESs की खोज करने के लिए नेतृत्व किया, जैसे इलेक्ट्रिक क्षेत्र स्वरित्र स्पिन ध्रुवीकरण2, अत्यंत उच्च इलेक्ट्रॉन मोबिल्स3 या ferroelectricity-युग्मित घटनाएं4। हालांकि काम का एक विशाल शरीर के निर्माण और इन प्रणालियों के हेरफेर, कई प्रयोगों और तकनीकों विरोधाभासी परिणाम पता चला है, बल्कि इसी तरह की स्थितियों को जानने के लिए समर्पित किया गया है । इसके अतिरिक्त, इलेक्ट्रोस्टैटिक और रासायनिक बातचीत के बीच संतुलन को सही ढंग से खेलने में भौतिकी5,6,7समझने के लिए आवश्यक हो पाया था ।
इस अनुच्छेद में, हम अच्छी तरह से अलग धातु/लाओ/STO बिषम के विकास का वर्णन, स्पंदित लेजर जमाव (PLD) और सीटू magnetron sputtering में से एक संयोजन का उपयोग कर । फिर, STO अंतरफलक, एक इलेक्ट्रॉनिक और रासायनिक अध्ययन में दफन q2DES में अलग सतह की स्थिति के प्रभाव को समझने के लिए किया जाता है, परिवहन और इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों का उपयोग कर ।
के बाद से कई तरीकों से पहले STO पर क्रिस्टलीय लाओ बढ़ने के लिए इस्तेमाल किया गया है, उचित जमाव तकनीकों का चुनाव उच्च गुणवत्ता ऑक्साइड बिषम के निर्माण के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है (संभव लागत और समय विवशता के अलावा) । PLD में, एक तीव्र और लघु लेजर पल्स वांछित सामग्री है, जो तब ablated है और एक पतली फिल्म के रूप में सब्सट्रेट पर जमा हो जाता है के लक्ष्य को मारता है । इस तकनीक के प्रमुख लाभों में से एक को मज़बूती से फिल्म के लिए लक्ष्य की stoichiometry हस्तांतरण करने की क्षमता है, एक महत्वपूर्ण तत्व क्रम में वांछित चरण के गठन को प्राप्त करने के लिए. इसके अलावा, परत के प्रदर्शन की क्षमता-दर-परत विकास (वास्तविक समय में मॉनिटर प्रतिबिंब उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन-RHEED) जटिल आक्साइड की एक विशाल संख्या का उपयोग कर, एक ही समय में चैंबर के अंदर कई लक्ष्यों होने की संभावना ( वैक्यूम तोड़ने के बिना विभिन्न सामग्रियों के विकास की अनुमति दे) और सेटअप की सादगी सबसे प्रभावी और बहुमुखी के इस तकनीक को एक बनाते हैं ।
फिर भी, ऐसी आणविक बीम epitaxy (MBE) के रूप में अंय तकनीकों के सम उच्च गुणवत्ता epitaxial विकास के विकास की अनुमति । इसके बजाय एक विशिष्ट सामग्री का एक लक्ष्य होने के, MBE में प्रत्येक विशिष्ट तत्व सब्सट्रेट, जहां वे एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए अच्छी तरह से परिभाषित परमाणु परतों फार्म की ओर उदात्त है । इसके अतिरिक्त, अत्यधिक ऊर्जावान प्रजातियों और अधिक समान ऊर्जा वितरण का अभाव अत्यंत तेज इंटरफेस के निर्माण की अनुमति देता है8। यह तकनीक लेकिन PLD से ज्यादा जटिल है जब यह आक्साइड के विकास के लिए आता है, क्योंकि यह अल्ट्रा में प्रदर्शन किया जाना चाहिए उच्च वैक्यूम शर्तों (ताकि लंबे समय से मतलब मुक्त पथ नष्ट नहीं है) और सामांय में एक बड़ा निवेश की आवश्यकता है, लागत और समय के लिहाज से । हालांकि विकास प्रक्रिया पहले लाओ/STO प्रकाशनों में इस्तेमाल किया PLD था, इसी तरह की विशेषताओं के साथ नमूने MBE द्वारा उगाया गया है9। यह भी ध्यान देने योग्य बात है कि लाओ/STO बिषम sputtering10का उपयोग कर उगाया गया है लायक है । हालांकि परमाणु तेज इंटरफेस उच्च तापमान (९२० डिग्री सेल्सियस) और उच्च ऑक्सीजन दबाव (०.८ mbar) पर हासिल किए गए थे, चेहरे की चालकता प्राप्त नहीं किया गया ।
धातु कैपिंग परतों के विकास के लिए, हम magnetron sputtering का उपयोग करें, के रूप में यह गुणवत्ता और लचीलेपन के बीच एक अच्छा संतुलन प्रदान करता है । अंय रासायनिक वाष्प जमाव आधारित तकनीक लेकिन इसी तरह के परिणाम प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
अंत में, परिवहन और स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों का संयोजन दोनों इलेक्ट्रॉनिक और रासायनिक बातचीत की जांच का एक व्यवस्थित तरीका मिसाल इस लेख में दिखाया, crosschecking के महत्व को पूरी तरह से समझने के लिए विभिंन दृष्टिकोण पर बल प्रणालियों के इन प्रकार के कई विशेषताएं ।
Protocol
Representative Results
Discussion
सब्सट्रेट समाप्ति के दौरान, एक HF समाधान में उपविलय समय के साथ बेहद सावधान रहना चाहिए. हम के तहत मनाया और अधिक से अधिक धंसा सतहों मूल नुस्खा के संबंध में सिर्फ 5 एस अलग से । इसके अतिरिक्त, हम सब्सट्रेट कदम आ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के ईआरसी एकीकरण अनुदान #615759 “टकसाल”, क्षेत्र Île-de-फ्रांस मंद “Oxymore” (परियोजना “NEIMO”) और ANR परियोजना “NOMILOPS” से समर्थन प्राप्त किया । H.N. आंशिक रूप से EPSRC-JSPS कोर-टू-कोर कार्यक्रम, JSPS अनुदान में वैज्ञानिक अनुसंधान (बी) (#15H03548) के लिए सहायता द्वारा समर्थित था । एएस ड्यूश Forschungsgemeinschaft द्वारा समर्थित किया गया था (हो 53461-1, एएस के लिए postdoctoral फैलोशिप). D.C.V. धंयवाद फ्रांसीसी उच्च शिक्षा और अनुसंधान और CNRS के अपने पीएचडी थीसिस के वित्तपोषण के लिए मंत्रालय । जे धंयवाद विश्वविद्यालय पेरिस-Saclay (alembert कार्यक्रम) और CNRS में अपने प्रवास के वित्तपोषण के लिए CNRS/थालेँ ।
Materials
| Pulsed Laser Deposition | SURFACE | PLD Workstation + UHV Cluster System | |
| KrF Excimer Laser | Coherent | Compex Pro 201F | |
| Reflection High-Energy Electron Diffraction (electron gun) | R-Dec Co., Ltd. | RDA-003G | Distributed in Europe by SURFACE. |
| Reflection High-Energy Electron Diffraction (CCD camera) | k-Space Associates, Inc. | kSA 400 | |
| Variable Laser Beam Attenuator | Metrolux | ML 2100 | |
| Excimer Laser Sensor | Coherent | J-50MUV-248 | |
| LaAlO3 target | CrysTec | Single-crystal target | |
| SrTiO3 subtrates | CrysTec | Several different sizes. Possibility to order TiO2 terminated. | |
| Buffered HF Acid | Technic | BOE 7:1 | buffered hydrofluoric acid = BOE 7:1 (HF : NH4F = 12.5 : 87.5%) in VLSI-quality. |
| Silver Paste | DuPont | 4929N | Conductive Silver Composite. |
| Ultrasonic Cleaner | Bransonic | 12 | Ultrasonic Cleaning Bath |
| Tube Furnace | AET Technologies | Heat Treatment Furnace | |
| Borosilicate Glass Beaker | VWR | 213-1128 | Iow form |
| PTFE Beaker | Dynalon | PTFE Beaker | |
| Substrate holder "dipper" | Eberlé | Custom made dipper | |
| Magnetron Sputtering | PLASSYS | Sputtering system | 5 chambers for targets. |
| Metal targets | Neyco S.A. | Purity > 99.9% | |
| X-Ray Photoelectron Spectroscopy System | Omicron | Custom XPS System | |
| X-Ray Source | Omicron | DAR 400 | Twin Anode X-Ray Source. |
| Energy Analyser | Omicron | EA 125 | |
| Atomic Force Microscopy | Bruker | Innova AFM | |
| Atomic Force Microscopy Probes | Olympus | OMCL-AC160TS-R3 | Micro Cantilevers |
| Wire bonding | Kulicke & Soffa | 4523AD | |
| PPMS | Quantum Design | PPMS Dynacool | 9T magnet. |
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