성장 및 정전기/화학 속성의 금속/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures
Summary
우리는 금속/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures 펄스 레이저 증 착 및 현장에서 마 그 네트 론 스퍼터 링의 조합을 사용 하 여 조작. Magnetotransport와 제자리에서 엑스레이 광전자 분광학 실험을 통해 우리는이 시스템에 준 2 차원 전자 가스의 정전기와 화학 현상 사이 상호 작용 조사.
Abstract
즉 2D 전자 시스템 (q2DES) LaAlO3 (라오스)와 SrTiO3 (STO) 사이의 인터페이스에서 형성 하는 산화물 전자 커뮤니티에서 많은 관심을 끌고있다. 그것의 전형적인 특징 중 하나 등장 하 계면 전도도 대 한 4 단위-세포 (uc)의 중요 한 라오스 두께의 실존 이다. 이 중요 한 두께의 존재를 설명 하기 위해 과거에 정전기 메커니즘 제안 되었습니다, 비록 화학 결함의 중요성 최근 두 드러 것. 여기, 우리는 초고 진공 (UHV) 클러스터 시스템에 펄스 레이저 증 착 (하는 라오스 성장), 마 그 네트 론 (성장 금속)를 스퍼터 링 및 엑스레이 광전자 분광학 (XPS) 결합 금속/라오스/스토 heterostructures의 성장을 설명 합니다. 우리는 q2DES와 화학 사이의 상호 작용에 발생 하는 금속 및 라오스/STO의 진화와 형성 단계적으로 공부. 또한, magnetotransport 실험 전송에는 q2DES의 전자 속성을 명료 하 게. 이 체계적인 작업 뿐만 아니라 정전기와 화학는 q2DES와 그것의 환경 사이 상호 작용을 공부 하는 방법을 보여 줍니다 하지만 또한 2 차원에서 풍부한 물리학 몇 다기능 상한 레이어에 가능성을 잠금 해제 전자 시스템, 새로운 유형의 장치 제조를 허용.
Introduction
즉 2D 전자 시스템 (q2DES) 광범위 하 게 사용 되었습니다 놀이터로 다양 한 저 차원 연구 및 양자 현상. (라오스/STO)1, 새로운 계면 전자 단계를 호스트 하는 다른 시스템의 LaAlO3/SrTiO3 시스템에 정액 종이에서 출발 생성 되었습니다. 다른 재료를 결합 하 여 전기 분야 가변 스핀 분극2, 매우 높은 전자 mobilities3 또는 ferroelectricity 결합 현상4같은 추가 속성을 가진 q2DESs의 발견에 지도 했다. 작품의 엄청난 몸 푸는 생성 및 이러한 시스템의 조작에 전념 하고있다, 비록 여러 실험 및 기술 나타났습니다 모순 된 결과, 오히려 비슷한 조건에서 조차. 또한, 정전기와 화학 상호 작용 사이의 균형에서 물리학 게임5,,67제대로 알아야이 필수적인 것으로 발견 되었다.
이 문서에서는, 우리가 철저 하 게 설명 다른 금속/라오스/스토 heterostructures의 성장을 펄스 레이저 증 착 (PLD)의 조합을 사용 하 여 현장에서 마 그 네트 론 스퍼터 링 및. 그런 다음, 라오스/스토 인터페이스에 묻혀 q2DES에 다른 표면 상태의 영향을 이해 하는 전자 및 화학 연구 수행 됩니다, 전송 및 전자 분광학 실험을 사용 하 여.
여러 방법을 사용 되어 왔습니다 이전 STO에 결정 라오어 성장, 적절 한 증 착 기법에 대 한 선택 이므로 고품질 산화물 heterostructures의 제조에 중요 한 단계 (가능한 비용 및 시간 제한). PLD에서 강렬 하 고 짧은 레이저 펄스는 다음 연기나는 얇은 필름으로 기판에 입금 되 면 원하는 자료의 대상을 수 있습니다. 이 방법의 주요 장점 중 하나 영화, 원하는 단계 형성을 달성 하기 위해 핵심 요소를 대상의 산출할을 안정적으로 전송 하는 기능입니다. 또한, 챔버 내부에 동일한 시간 (에서 여러 대상의 가능성 복잡 한 산화물의 광대 한 수의 층에 의해 층 성장 (반영 고 에너지 전자 회절-RHEED를 사용 하 여 실시간으로에서 모니터링)를 수행 하는 능력 진공을 깨지 않고 다른 물질의 성장을 허용) 설정의 단순 확인이 기술을 가장 효과적이 고 다양 한 중 하나.
그러나, 분자 빔 피 (MBE) 같은 다른 기술을 더 높은 품질 코피 성장의 성장을 수 있습니다. 특정 자료의 목표는 대신, MBE에 각 특정 요소는 sublimed 기판, 어디 그들은 서로를 잘 정의 된 원자 층 형성 반응으로. 또한, 높게 정력적 인 종과 더 균일 한 에너지 분포의 부재는 매우 날카로운 인터페이스8의 제조 수 있습니다. 그러나이 기술은 PLD 때 보다 훨씬 더 복잡 한 산화물의 성장에 초고에서 수행 되어야 합니다 이후 진공 조건 (되도록 긴 무료 경로 파괴 되지 의미) 이며 큰 투자, 비용-일반적 요구와 가깝기. 첫 번째 라오스/스토 발행물에 사용 하는 성장 과정은 PLD, 유사한 특성을 가진 샘플 MBE9성장 되어 있다. 그것은 또한 라오스/스토 heterostructures 스퍼터 링10을 사용 하 여 재배 되어 있다 지적 가치가 있어요입니다. 원자적 날카로운 인터페이스는 높은 온도 (920 ° C) 및 높은 산소 압력 (0.8 mbar)에 달성 했다, 비록 계면 전도도 하지 달성 했다.
금속 레이어 상한의 성장에 대 한 사용 마 그 네트 론 스퍼터 링, 품질과 유연성 간의 좋은 균형을 제공 합니다. 그러나 다른 화학 증기 증 착 기반 기술을 수도 유사한 결과 달성 하는 데 사용.
마지막으로,이 문서에서 전송 및 분광학 기술 조합 crosschecking 완전히 이해에 다른 접근의 중요성을 강조, 전자 및 화학 상호 작용의 체계적인 방법을 보여준다합니다 이러한 종류의 시스템의 많은 기능이 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
기판 종료 동안 하나 HF 솔루션에서 submerging 시간으로 매우 조심 해야 한다. 우리는 다양 한 그냥 5 아래 그리고에 etched 표면 관찰 원래의 제조 법에 관한 s. 또한, 기판 스텝 크기와 잠수 시간 사이 의존을 관찰 합니다. 작은 단계 크기에 대 한 (100 미만 nm) 30 잠수 후 어 닐 링 절차 제대로 표면 재구성 하기에 충분 한 수 있습니다 비록 s-에칭 이어질 수도 있습니다. 기반으로 HF 산을 사용 하 여 위험 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품 ERC 통합 부여 #615759 “민트”에서 지원, 지역 일 드 프랑스 “Oxymore” (“NEIMO” 프로젝트) DIM ANR 프로젝트 “NOMILOPS”를 받았다. H.N.는 EPSRC JSP 코어 대 코어 프로그램 JSP 특정에 대 한 과학적 연구 (B) (#15 H 03548)에 의해 부분적으로 지원 되었다. A.S.는 도이치 가운데 (호 53461-1; A.S. 박사 친목)에 의해 지원 되었다. D.C.V.는 그의 박사 논문의 융자에 대 한 CNRS 고 등 교육 및 연구의 프랑스 정부를 감사 합니다. 제 대학 파리-샤 클레 (달랑 베 르 프로그램) 및 CNRS CNRS/탈 레 스에서 그의 체재를 융자에 대 한 감사.
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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