Method Article

원자 층 증착을 통해 게르마늄에 페 로브 스카이 스트론튬 티탄의 에피 택셜 성장

DOI:

10.3791/54268

⸱

July 26th, 2016

 ,  ,  , 
1McKetta Department of Chemical Engineering, The University of Texas at Austin

In This Article

Summary

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이 작업은 원자 층 증착에 의해 게르마늄 기판 상에 직접 결정 된 SrTiO3 (3)의 성장 및 특성화에 대한 세부 절차. 절차는 금속 산화물 반도체 소자에 모 놀리 식 반도체 산화물을 통합하는 모든 화학 성장 법의 성능을 나타낸다.

Abstract

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원자층 증착(ALD)은 전자 재료에 상업적으로 사용되는 증착 방법입니다. 박막의 ALD 성장은 증기상 전구체와 성장하는 필름 사이의 자체 제한 반응을 활용하여 두께 제어 및 순응성을 제공합니다. 페로브스카이트 산화물은 차세대 전자 재료에 대한 잠재력을 제시하지만 현재까지 대부분 물리적 방법으로 증착되었습니다. 이 연구는 ALD를 사용하여 게르마늄에 SrTiO3 (STO)를 증착하는 방법을 간략하게 설명합니다. 게르마늄은 실리콘보다 캐리어 이동성이 높기 때문에 장치 작동이 더 빠른 대체 반도체 재료를 제공합니다. 이 방법은 열 탈산을 사용하여 Ge(001) 표면을 2×1 구조로 청소하고 재구성함으로써 게르마늄 천연 산화물의 불안정성을 활용합니다. 그런 다음 2nm 두께의 비정질 STO를 ALD에 의해 증착합니다. STO 필름은 초고진공 상태에서 어닐링되고 재구성된 Ge 표면에서 결정화됩니다. 이 어닐링 단계에서 반사 고에너지 전자 회절(RHEED)은 STO 결정화를 모니터링하는 데 사용됩니다. STO의 얇은 결정질층은 RHEED에 의해 확인된 바와 같이 성장한 결정질인 STO의 후속 성장을 위한 주형 역할을 합니다. 현장 X선 광전자 분광법은 어닐링 단계 전후와 후속 STO 성장 후의 필름 화학량론을 확인하는 데 사용됩니다. 이 절차는 물리적 방법으로 이미 달성할 수 있는 보다 정교한 헤테로 구조의 통합 외에도 화학적 방법을 통해 반도체에 증착할 수 있는 추가 페로브스카이트 산화물에 대한 프레임워크를 제공합니다.

Introduction

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페 로브 스카이 트 재료는 그들의 높은 대칭 차 또는 유사 입방정 구조와 특성의 무수한에 점점 더 매력적인되고있다. 이들 물질은, 일반 식 ABO 3, 여섯 개의 산소 원자에 배위 (12) 산소 원자 및 B 원자와 배위 원자로 이루어져있다. 그 간단한 구조, 전위 요소의 또 넓은 범위에 의해, 페 로브 스카이 트 (perovskite) 물질이 헤테로 구조 장치에 이상적인 후보를 제공한다. 에피 택셜 산화물 헤테로은 강자성 자랑, 1-3 반 / 강유전체, 4 multiferroic, 5-8 초전도, 7 -. (12)와 자기 기능 (13, 14)이 바람직 전자 성질의 대부분은 계면과 물질 사이 깨끗하고 갑작스러운 전환에 따라서 달라집니다. 페 로브 스카이 트 가족 구성원간에 공유 거의 동일한 구조와 격자 상수는 우수한 리터 허용attice 일치하고, 따라서, 고품질의 인터페이스. 용이하게 격자 정합뿐만 아니라 서로 일부 반도체로는, 페 로브 스카이 트 산화물이 현재 차세대 금속 산화물 반도체의 전자로 전환되고있다.

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Protocol

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ALD 실험 1. 준비 Sr과 티타늄 전구체

  1. 글러브 박스의 대기실로 깨끗하고 마른 가습기 새로운 전구체를로드합니다. 공기와 수분의 적절한 정화를 위해 글러브 박스의 적재 절차를 따르십시오. 메인 챔버로 자료를 전송합니다.
    참고 :이 그룹은 시중에서 구입 한 구성 요소에 자체 내장 된 가습기 (그림 3 참조)를 사용합니다. 포화 기 조립체의 상세 특정 시약 및 기기의 목록에서 발견 될 수있다.
  2. 스트론튬 전구체 (스트론튬 비스 (triisopropylcyclopentadienyl) 시니어 (전 2) 3 CP를 PR]) 및 티타늄 전구체 (티타늄 테트라 이소 프로 폭 시드 [티 (O- 내가 잠) 4], TTIP) 불활성 환경 (예를 들어, 글러브 박스 보관 ) 제조업체가 제공하는 원래의 포장을 개봉 후.
    참고 :이 그룹은 수분 함량없는 g으로 글로브 박스를 사용5 ppm으로보다 reater.
  3. 상기 전구체 약 2/3 포화 (약 5g)의 유리 부분을 차지하도록 포화에 전구체를로드.

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Results

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세정 및 탈산 게르마늄 기판으로부터도 5 및도 6은 일반적인 X 선 광전자 스펙트럼 및 RHEED 이미지. 성공적 탈산 게르마늄 기판의 "웃는 얼굴"2 × 1 재구성 된 RHEED 패턴을 특징으로한다. 26,39 또한 키쿠치 라인은 청결과 샘플의 장거리 질서를 나타내는 RHEED 이미지에서 관찰된다. (40) 선명도 및 회절 패턴의 강도는 표면의 청결을 보여준다. 게르마늄 3 일 X 선 광전자 스펙트럼은 30 eV의에서 관찰 된 창 0 피크, 산화 게르마늄 피크 없어야합니다. 이것은 또한 531 eV의 O에서 하나의 기능의 부재에 의해 확인할 수있다.

ALD 성장 STO 필름 증착시 비정질 및도 .......

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Discussion

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ALD를 사용하여 페 로브 스카이 트 에피 택셜 성장을 때 게르마늄 기판의 청결은 성공의 열쇠입니다. 게르마늄 기판 탈지 탈산 및 탈산 및 STO 증착 사이의 시간의 양 사이의 소요 시간은 최소로 유지되어야한다. 샘플은 여전히​​ 심지어는 UHV 환경에서 오염 물질 노출 될 수 있습니다. 장기간 노출이 좋지 막 성장의 결과로, 외래 탄소 또는 게르마늄 재산 화의 재 증착 될 수 있습니다. 이 그룹은 탄소 오염물을 제거 (이후 UV 오존 노출을 아세톤 / IPA / DI 물에서 초음파)는 널리 사용되는 탈지 방법을 채용하고있다. UHV 조건에서 다른 프로 시저하여 산소 플라즈마는 39 산소 플라즈마는 게르마늄 기판의 표면을 산화한다. 탄소 오염물을 제거하는 데 사용될 수 있지만, 산화물은 후속의 Ge 탈산 프로토콜에서 제거 될 수있다. 지리 2 프로토콜의 열 탈산는 여기에 제시이 연구에서 페 로브 스카이 트의 성장을 위해 효과적이다.

기판.......

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Disclosures

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저자는 공개 경쟁 금융 이익을 더이 없습니다.

Acknowledgements

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이 연구는 미국 국립과학재단(National Science Foundation, CMMI-1437050 및 DMR-1207342 상), 해군 연구실(Office of Naval Research, N00014-10-10489 보조금), 공군 과학연구실(Air Force Office of Scientific Research, FA9550-14-1-0090 보조금)의 지원을 받았습니다.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
MBEBrooksM600
극저온 펌프
잔류 가스 분석기XT200M
ALD 반응 챔버Huntington 기계 연구소맞춤 제조, 핫 월, 스테인레스 스틸, 직사각형 (~20  cm 길이, 460cm3)
ALD Saturator스웨즈락/Larson 전자 유리코멘트 보기스웨즈락과 Larson 전자 유리에서 공급한 부품으로 맞춤 제작. 포화기는 316 스테인리스 스틸과 Pyrex로 만들어졌습니다. 모든 부품은 맞대기 용접을 통해 연결됩니다. 스웨즈락 카탈로그 번호: SS-4-VCR-7-8VCRF, SS-4-VCR-1, SS-8-VCR-1-03816, SS-8-VCR-3-8MTW, 316L-12TB7-6-8, SS-8-VCR-9, SS-4-VCR-3-4MTW, SS-T2-S-028-20. Larson Electronic Glass 카탈로그 번호: SP-075-T.
포화기용 수동 밸브스웨즈락SS-DLVCR4-P 및 6LVV-DPFR4-P이 그룹은 두 다이어프램 밀폐 밸브를 상호 교환하여 사용합니다. 사용할 특정 커넥터(VCR 수/암/등.)는 실제 시스템 설계에 따라 다릅니다.
ALD 밸브스웨즈락6LVV-ALD3TC333P-CV
ALD 시스템 튜빙다양한 크기의 스웨즈락316L 튜빙. 이 그룹은 1/4"
ALD 전원 공급 장치AMETEK Programmable Power, Inc.Sorensen DCS80-13E
ALD 온도 컨트롤러Schneider ElectricEurotherm 818P4
ALD 밸브 컨트롤러 그룹 내에서 개발 된National InstrumentsLabView
XPSVG Scienta
RHEEDStaib InstrumentsCB801420~ 3 °C에서 18 keV, 입사 각도
RHEED 분석 시스템k-Space Associates kSA400
디지털 UV 오존 시스템NovascanPSD-UV 6
오존 제거 시스템NovascanPSD-UV OES-1000D
티타늄 테트라이소프로폭사이드 (TTIP)Sigma-Aldrich87560액체 및 증기 단계에서 가연성
 
 
[헤더]
스트론튬 비스(트리이소프로필시클로펜타디에닐)에어 리퀴드하이퍼 시리얼 공기와 물에 경미하게 반응합니다. Air Liquide에서 제공하는 추가 정보는 https://www.airliquide.de/inc/dokument.php/standard/1148/airliquide-hypersr-datasheet.pdf
Ge (001) waferMTI CorporationGESBA100D05C14", 단면 연마 Sb-도핑 웨이퍼 ρ ≈ 0.04 Ω-cm
Argon (UHP)Praxair
Deionized Water18.2 mΩ-cm
Automation, Inc.용 MBE DCA MBE Extorr, Inc.용 온보드 8 의 내경을 사용합니다. 프로그램에서 찾을 수 있습니다.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Phan, M. -H., Yu, S. -C. Review of the magnetocaloric effect in manganite materials. J. Magn. Magn. Mater. 308 (2), 325-340 (2007).
  2. Serrate, D., Teresa, J. M. D., Ibarra, M. R. Double perovskites with ferromagnetism above room temperature. J. Phys. Condens. Matter.....

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