Fabricage van plaatsgebonden complexe oxiden
Summary
We beschrijven het gebruik van gepulste laser depositie (PLD), fotolithografie en wire-bonding technieken micrometer meervoudige oxiden apparaten. Het PLD wordt gebruikt om epitaxiale dunne films te laten groeien. Fotolithografie en wire-bonding technieken worden ingevoerd om praktische hulpmiddelen voor de meting doeleinden te creëren.
Abstract
Complexe materialen zoals hoge Tc supergeleiders, Multiferroics, en kolossale magnetoweerstanden hebben elektronische en magnetische eigenschappen die voortvloeien uit de inherente sterke correlaties die in hen wonen. Deze materialen kunnen ook beschikken over elektronische fasescheiding in welke regio van enorm verschillende resistieve en magnetische gedrag naast elkaar kunnen bestaan binnen een enkel kristal legering materiaal. Door het verminderen van de omvang van deze materialen om lengteschalen op en onder de inherente van het elektronische domeinen kunnen nieuwe gedrag worden blootgesteld. Vanwege dit en het feit dat de spin-charge-rooster-orbitale ordeparameters elk betrekken correlatielengten, ruimtelijk verminderen van deze materialen voor transport metingen is een cruciale stap in het begrijpen van de fundamentele fysica dat complex gedrag drijft. Deze materialen bieden ook een groot potentieel om de volgende generatie van elektronische apparaten 1-3 geworden. Zo is de productie van laag-dimensionale nano-ofmicro-structuren is het uiterst belangrijk om nieuwe functionaliteit te bereiken. Het gaat om meerdere beheersbare processen van hoge kwaliteit dunne film groei om nauwkeurige elektronische pand karakterisering. Hier presenteren wij fabricage protocollen van hoge kwaliteit microstructuren voor complexe oxide manganite apparaten. Gedetailleerde beschrijvingen en de benodigde spullen van dunne film groei, foto-lithografie, en wire-bonding worden gepresenteerd.
Introduction
De eerste en een van de belangrijkste stappen in de richting van hoge kwaliteit apparaten is de groei van epitaxiale oxide dunne films. Een eenkristal substraat wordt gebruikt als een "template" om de doelmaterialen deponeren. Tussen de verschillende depositiemethoden, gepulste laser depositie (PLD) is een van de beste manieren om een goede kwaliteit dunne films 4,5 verwerven. Groeiprocessen omvatten het verwarmen van het substraat tot ongeveer 800 ° C in een zuurstof omgeving en met laserpulsen het doelmateriaal raken en genereren een flux worden afgezet op het substraat. Het typische systeem wordt getoond in figuur 1.
Terwijl unpatterned films zijn getoond om exotische nieuwe fysica onthullen 6, verminderen film dimensie geeft meer mogelijkheden om nieuwe fenomenen en inrichting fabricage verkennen. Fotolithografie kunnen worden gebruikt om de in-vlak monster afmeting beneden krimpen tot de orde van 1 pm. De gedetailleerde protocol van het fotolithografieproces zalworden hieronder besproken. Deze techniek is compatibel met de meest gebruikte substraten die zorgt voor onderzoeken confinement effecten op epitaxiale films gehouden op andere stam toestanden.
Aangezien veel complexe oxiden interessante eigenschappen bij lage temperaturen en / of hoge magnetische velden, de elektronische verbinding tussen het apparaat en meetapparatuur is heel belangrijk. Hoogwaardige contacten worden gevormd door het verdampen Au contactvlakken in een 4-probe geometrie en het gebruik van een draad bonder om verbindingen tussen de elektroden en de meetinrichting. Wanneer correct gedaan, kunnen deze verbindingen gemakkelijk tegen extreme meting omgevingen binnen brede temperatuurbereik van 4 K tot 400 K en magnetisch veld bereik tot ± 9 T.
Protocol
Representative Results
Discussion
Unlike element halfgeleidermaterialen zoals Si, kan de fabricage van complexe materialen moeilijker te wijten aan het feit dat de complexe structuur en meervoudige elementen alle in aanmerking moeten worden genomen. Het gebruik van fotolithografie om complexe oxide apparaten fabriceren relatief goedkoop en snel prototype tegenstelling tot andere technieken opsluiting. Er zijn echter enkele belangrijke beperkingen te begrijpen. Fotolithografie een ruimtelijke beperking creëren structuren van ongeveer 1 micron is dus nie…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze inspanning werd volledig gesteund door de Amerikaanse DOE, Bureau van Basic Energy Sciences, Materials Sciences and Engineering Division.
Materials
| Reagent/Material | |||
| SrTiO3(001) & LaAlO3(100) substrates | CrysTec GmbH | ||
| Microposit S1813 Photoresist | Shipley | ||
| CD-26 Developer | Shipley | 38490 | |
| GE varnish | Lakeshore | VGE-7031 | |
| Equipment | |||
| Reflected High Energy Electron Diffraction (RHEED) | Staib Instruments | 35 kV TorrRHEED | |
| Mask Aligner | ABM | Model 85-3 (350 W) Lightsource | |
| Resistivity Puck | Quantum Design | P102 | |
| Wire Bonder | Kulicke & Soffa | 04524-0XDA-000-00 |
Referências
- Ahn, C. H., Triscone, J. -. M., Mannhart, J. Electric field effect in correlated oxide systems. Nature. 424, 1015-1018 (2003).
- Basov, D. N., Averitt, R. D., Van der Marel, D., Dressel, M., Haule, K. Electrodynamics of correlated electron materials. Reviews of Modern Physics. 83, 471-541 (2011).
- Waser, R., Aono, M. Nanoionics-based resistive switching memories. Nat. Mater. 6, 833-840 (2007).
- Willmott, P. R., Huber, J. R. Pulsed laser vaporization and deposition. Rev. Mod. Phys. 72, 315-328 (2000).
- Eres, H. M. C., G, Recent advances in pulsed-laser deposition of complex oxides. Journal of Physics: Condensed Matter. 20, 264005 (2008).
- Ding, J. F., Jin, K. X., Zhang, Z., Wu, T. Dependence of negative differential resistance on electronic phase separation in unpatterned manganite films. Applied Physics Letters. 100, 62402-62404 (2012).
- Ichimiya, A., I, P. C. . Reflection High Energy Electron Diffraction. , (2004).
- Guo, H., Sun, D., et al. Growth diagram of La0.7Sr0.3MnO3 thin films using pulsed laser deposition. arXiv. , 1210.5989 (2012).
- Ward, T. Z., Gai, Z., Guo, H. W., Yin, L. F., Shen, J. Dynamics of a first-order electronic phase transition in manganites. Physical Review B. 83, 125125 (2011).
- Ward, T. Z., Liang, S., et al. Reemergent Metal-Insulator Transitions in Manganites Exposed with Spatial Confinement. Physical Review Letters. 100, 247204 (2008).
- Ward, T. Z., Zhang, X. G., et al. Time-Resolved Electronic Phase Transitions in Manganites. Physical Review Letters. 102, 87201 (2009).
- Zhai, H. -. Y., Ma, J. X., et al. Giant Discrete Steps in Metal-Insulator Transition in Perovskite Manganite Wires. Physical Review Letters. 97, 167201 (2006).
- Wu, T., Mitchell, J. F. Creation and annihilation of conducting filaments in mesoscopic manganite structures. Physical Review B. 74, 214423 (2006).
- Altissimo, M. E-beam lithography for micro-/nanofabrication. Biomicrofluidics. 4, 26503-26506 (2010).
- Watt, F., Bettiol, A. A., Van Kan, J. A., Teo, E. J., Breese, M. B. H. Ion Beam Lithography and Nanofabrication: A Review. International Journal of Nanoscience. 4, 269-286 (2005).
- Urban, J. J., Yun, W. S., Gu, Q., Park, H. Synthesis of single-crystalline perovskite nanorods composed of barium titanate and strontium titanate. J. Am. Chem. Soc. 124, 1186-1187 (2002).
- Wang, Y., Fan, H. J. The origin of different magnetic properties in nanosized Ca0.82La0.18MnO3: Wires versus particles. Applied Physics Letters. 98, 142502 (2011).
