ייצור ושיטת מדידה לרכיב Ferroelectric גמיש בהתבסס על ואן דר Waals Heteroepitaxy
Summary
בנייר זה, אנו מציגים פרוטוקול לגדול ישירות של epitaxial עדיין עופרת גמיש זירקוניום חומצה טיטנית רכיב זיכרון על מוסקבאי מיכה.
Abstract
זיכרונות לא נדיף גמיש קיבלו תשומת לב רבה כפי שהם ישימים עבור התקן אלקטרוני חכם נייד בעתיד, בהסתמך על אחסון נתונים בצפיפות גבוהה ויכולות צריכת חשמל נמוכה. עם זאת, הזיכרון לא נדיף תחמוצת באיכות גבוהה המבוססת על מצעים גמיש לעיתים קרובות מוגבלת על-ידי המאפיינים גשמי ואת תהליך בלתי נמנעת פבריקציה נוספת בטמפרטורות גבוהות. בנייר זה, פרוטוקול מוצע לגדול ישירות epitaxial עדיין גמיש עופרת זירקוניום חומצה טיטנית זיכרון רכיב על מוסקבאי מיכה. השיטה טכניקה ומדידה התצהיר רב-תכליתי לאפשר הזיוף של זיכרון נדיף גמיש אך חד-גבישי האלמנטים הדרושים עבור הדור הבא של מכשירים חכמים.
Introduction
הזיוף המוצלח של רכיבי זיכרון לא נדיף גמיש (NVME) ממלא תפקיד מרכזי בניצול הפוטנציאל המלא של אלקטרוניקה גמישה. NVME יהיה כוללים קל משקל, צריכת עלות נמוכה, צריכת חשמל נמוכה, מהירות גבוהה, יכולות צפיפות גבוהה אחסון חוץ אחסון נתונים, עיבוד מידע ותקשורת. O פרוביסקיט Pb (Zr, Ti)3 (PZT) פועל כמערכת פופולרי עבור יישומים כגון בהתחשב שלה גדול קיטוב, קיטוב מהיר מיתוג, טמפרטורת קירי גבוה, נמוך שדה הכפייתיים, מקדם פיזואלקטריים גבוהה. בזכרונות לא נדיף ferroelectric, הדופק מתח חיצוני באפשרותך לעבור את polarizations שריד שני בין שני כיוונים יציב, המיוצג על-ידי ‘0’ ל- ‘1’. זה לא נדיף, תהליך כתיבה/קריאה יכול להסתיים בתוך ננו שניות. NVME מבוסס על אורגני1,2,3,4,5,6 ו אי-אורגנית7,8,9,10 ,11,12,13,14,15 ferroelectric חומרים נוסו על מצעים גמיש. עם זאת, שילוב כזה מוגבל על ידי לא רק של סובסטרטים חוסר היכולת של טמפרטורה גבוהה אבל גם את ביצועי המכשיר מפורק, זליגת הנוכחי וצמיחה לקצר חשמלי עקב שלהם משטחים גסים. למרות תוצאות מבטיחות, לסירוגין אסטרטגיות כמו דילול של המצע8 ולסבול ההעברה שכבה epitaxial על מצע גמיש15 הכדאיות מוגבלת על רקע תהליך רב-שלבי מתוחכמים, . הבלתי צפוי של העברה, תחולתה מוגבלת
מהסיבות הנ ל, חיוני כדי לחקור את המצע המתאים כי הוא מסוגל להתגבר על stabilities תרמית ותפעולי מוגבלת של מצעים רכים כדי לקדם אלקטרוניקה גמישה. טבעי מוסקבאי מיכה (קאל2(AlSi3O10) (OH)2) המצע עם תכונות ייחודיות כמו מאגרי להחלקת משטחים, יציבות תרמית גבוהה, אינרטיות כימית מצוינת ועמידות, שקיפות גבוהה, גמישות מכני, ו תאימות עם שיטות ייצור הנוכחי ניתן להתמודד בצורה יעילה עם בעיות אלה. ויותר מכך, מבנה שכבות דו-ממדיות נציץ המונוקלינית תומך ואן דר Waals epitaxy, אשר מפחית את הסיכון של סריג, התאמת תנאי, בצורה משמעותית ובכך לדכא את המצע מחבר חובק למעקה אפקט תרמי. יתרונות אלה היה לנצל את הצמיחה ישירה של תחמוצות פונקציונלי16,17,18,19,20,21,22, 23 על מוסקוביט לאחרונה, על רקע יישומי המכשיר גמיש.
במסמך זה, אנו מתארים את פרוטוקול לגדול ישירות epitaxial עופרת עדיין גמיש זירקוניום חומצה טיטנית (PZT) סרטים רזה על מוסקבאי מיכה. זו מושגת בתהליך דפוזיציה לייזר פעמו להסתמך על מאפיינים מגוונים של מישה, וכתוצאה מכך ואן דר Waals heteroepitaxy. מבנים אלו מפוברק שומרים על כל המאפיינים מעולה של epitaxial PZT על נוקשה סובסטרטים גבישי יחיד ותערוכות stabilities מכאני ותרמי מעולה. גישה זו פשוטה ואמינה מספק יתרון טכנולוגי על העברת רב-שלבי, המצע דליל אסטרטגיות ומקל על התפתחות הרבה המיוחל גמיש אך חד-גבישי לא נדיף הזיכרון הרכיבים המהווים דרישה מוקדמת עבור הדור הבא מכשירים חכמים עם ביצועים גבוהים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הצעד מפתח הזיוף של אלמנטים ferroelectric נמצא בשימוש של משטח המצע נקי, אפילו/שטוח. למרות השטח נציץ cleaved טרי הוא מאגרי חלקה, יש צורך לשים לב מניעת סבל נלוו גלוי משטחים, לפצל את שכבות, סדקים, הכללות, וכו ‘ לאחר הפקדת השכבה PZT, המדגם היה מקורר תחת לחץ חמצן גבוהה (200-500 טנדר של גוה של) כדי להפחית את משרו?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (גרנט ‘ קט ‘ 11402221 ו- 11502224), סימולציה מדינת מפתח מעבדה של אינטנסיבי פעמו קרינה, אפקט (SKLIPR1513) הונאן פרובינציה מפתח המחקר ואת תוכנית פיתוח (מס ‘ 2016 WK 2014).
Materials
| Equipment | |||
| hot plate | Polish | P-20 | |
| PLD system | PVD products | PLD 5000 | |
| Ferroelectric test system | Radiant Technologies Precisions workstations | RT66A | |
| Semiconductor device analyzer | Agilent | B1500A | |
| Bending molds | home-made | Machined teflon material | |
| Bending stage | home-built | Labview interfaced setup which provides a prescise displacemnt as small as 1 micrometer | |
| Sputtering system | Beijing Elaborate | ETD-3000 | |
| Materials | |||
| mica(001) sheets | Nilaco corporation | 990066 | |
| conductive silver paint | Ted Pella, INC | No.16033 | |
| CoFe2O4 target | Kurt J.Lesker | ||
| SrRuO3 target | Kurt J.Lesker | ||
| PbZr0.2Ti0.8O3 target | Kurt J.Lesker | ||
| Pt target | Hefei Ke jing |
Riferimenti
- Kim, W. Y., Lee, H. C. Stable ferroelectric poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) film for flexible nonvolatile memory application. IEEE Electron Device Letters. 33 (2), 260-262 (2012).
- Mao, D., Quevedo-Lopez, M. A., Stiegler, H., Gnade, B. E., Alshareef, H. N. Optimization of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) films as non-volatile memory for flexible electronics. Organic Electronics. 11 (5), 925-932 (2010).
- Lee, G. G., et al. The flexible non-volatile memory devices using oxide semiconductors and ferroelectric polymer poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene). Applied Physics Letters. 99 (1), 012901-012903 (2011).
- Kim, R. H., et al. Non-volatile organic memory with sub-millimeter bending radius. Nature Communications. 5, 3583-3594 (2014).
- Liu, J., et al. Fabrication of Flexible, All-Reduced graphene oxide non-volatile memory devices. Advanced Materials. 25 (2), 233-238 (2013).
- Ji, Y., et al. Stable switching characteristics of organic nonvolatile memory on a bent flexible substrate. Advanced Materials. 22 (28), 3071-3075 (2010).
- Ghoneim, M. T., et al. Thin PZT-based ferroelectric capacitors on flexible silicon for nonvolatile memory applications. Advanced Electronic Materials. 1 (6), 1500045-1500054 (2015).
- Ghoneim, M. T., Hussain, M. M. Study of harsh environment operation of flexible ferroelectric memory integrated with PZT and silicon fabric. Applied. Physics. Letters. 107 (5), 052904-052908 (2015).
- Zuo, Z., et al. Preparation and ferroelectric properties of freestanding Pb(Zr,Ti)O3 thin membranes. Journal of Physics D: Applied Physics. 45 (18), 185302-185306 (2012).
- Kingon, A. I., Srinivasan, S. Lead zirconate titanate thin films directly on copper electrodes for ferroelectric, dielectric and piezoelectric applications. Nature Materials. 4 (3), 233-237 (2005).
- Shelton, C. T., Gibbons, B. J. Epitaxial Pb(Zr,Ti)O3 thin films on flexible substrates. Journal of the American Ceramic Society. 94 (10), 3223-3226 (2011).
- Rho, J., et al. PbZrxTi1−xO3 Ferroelectric thin-film capacitors for flexible nonvolatile memory applications. IEEE Electron Device Letters. 31 (9), 1017-1019 (2010).
- Bretos, I., et al. Activated Solutions Enabling Low-Temperature processing of functional ferroelectric oxides for flexible electronics. Advanced Materials. 26 (9), 1405-1409 (2014).
- Tsagarakis, E. D., Lew, C., Thompson, M. O., Giannelis, E. P. Nanocrystalline barium titanate films on flexible plastic substrates via pulsed laser annealing. Applied Physics Letters. 89 (20), 202910-202912 (2006).
- Bakaul, S. R., et al. High speed epitaxial perovskite memory on flexible substrates. Advanced Materials. 29 (11), 1605699-1605703 (2017).
- Li, C. I., et al. Van der Waal epitaxy of flexible and transparent VO2 film on muscovite. Chemistry of Materials. 28 (11), 3914-3919 (2016).
- Ma, C. H., et al. Van der Waals epitaxy of functional MoO2 film on mica for flexible electronics. Applied Physics Letters. 108 (25), 253104-253108 (2016).
- Bitla, Y., et al. Oxide heteroepitaxy for flexible optoelectronics. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (47), 32401-32407 (2016).
- Wu, P. C., et al. Heteroepitaxy of Fe3O4/muscovite: A new perspective for flexible spintronics. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (49), 33794-33801 (2016).
- Jiang, J., et al. Flexible ferroelectric element based on van der Waals heteroepitaxy. Science Advances. 3 (6), e1700121-e1700128 (2017).
- Amrillah, T., et al. Flexible multiferroic bulk heterojunction with giant magnetoelectric coupling via van der waals epitaxy. ACS Nano. 11 (6), 6122-6130 (2017).
- Bitla, Y., Chu, Y. H. MICAtronics: A new platform for flexible X-tronics. Flat Chem. 3, 26-42 (2017).
- Chu, Y. H. Van der Waals oxide heteroepitaxy. Quantum Materials. 2 (1), 67-71 (2017).
