En fabrikasjon og målemetode gir et fleksibelt Ferroelectric basert på Van Der Waals Heteroepitaxy
Summary
I dette papiret presenterer vi en protokoll direkte vokse en epitaxial ennå fleksibel bly zirkonium titanate minne element på muscovite glimmer.
Abstract
Fleksibel permanent minner har fått mye oppmerksomhet som de er anvendelig for Transportabel smart elektronisk enhet i fremtiden, stole på høy tetthet datalagring og lavt strømforbruk evner. Men er høy kvalitet oksid basert nonvolatile minnet på fleksible underlag ofte begrenset av beskaffenhet og uunngåelig høy temperatur fabrikasjon prosessen. I denne utredningen foreslås en protokoll direkte vokse et epitaxial ennå fleksibel bly zirkonium titanate minne element på muscovite glimmer. Allsidig deponering teknikk og måling metoden aktiverer fabrikasjon av fleksibel, men likevel én-krystallinske ikke-flyktig minne elementer nødvendig for neste generasjon av smarte enheter.
Introduction
Vellykket fabrikasjon av fleksible nonvolatile minne elementer (NVME) spiller en nøkkelrolle i å utnytte det fulle potensialet av fleksible elektronikk. NVME skal funksjonen lett, lav pris, lav-makt fortæringen, rask hastighet og høy lagringskapasitet tetthet foruten datalagring, informasjonsbehandling og kommunikasjon. Perovskite Pb (Zr, Ti) O3 (PZT) fungerer som et populært system for slike programmer vurderer sin store polarisering, rask polarisering bytte, Curie temperatur, lav tvangsmulkt felt og høy piezoelectric koeffisient. I ferroelectric nonvolatile minner, kan en ekstern spenning puls bytte to rest polarisasjonene mellom to stabil retninger, ‘0’ og ‘1’. Det er permanent, og skrive/lese prosessen kan fullføres innen nanosekunder. NVME basert på organisk1,,2,,3,,4,,5,,6 og uorganisk7,8,9,10 ,11,12,13,14,15 ferroelectric materialer forsøkt på fleksible underlag. Men er slik integrering begrenset av ikke bare substrater manglende evne til høy temperatur vekst, men også dårligere enheten ytelsen, strøm lekkasje og elektriske shorting på grunn av deres grovere overflater. Til tross for lovende resultater, alternative strategier som fortynning av underlaget8 og epitaxial lag overføringen på en fleksibel substrat15 lide begrenset levedyktighet i lys av sofistikert må prosessen, den uforutsigbarheten av overføring og begrenset anvendbarhet.
For grunnene er det avgjørende å utforske en passende substrat som kan overvinne begrenset termisk og operative stabilitet av mykt underlag å fremme mer fleksibel elektronikk. En naturlig muscovite glimmer (KAl2(AlSi3O10) (OH)2) underlaget med unike funksjoner som atomically glatte overflater, høy temperaturstabilitet, kjemiske inertness, high åpenhet, mekanisk fleksibilitet, og kompatibilitet med gjeldende fabrikasjon metoder kan brukes til å effektivt håndtere disse problemene. Mer så, todimensjonal lagdelt oppbygning monoclinic glimmer støtter van der Waals epitaxy, noe som begrenser gitter og termiske matchende forhold, og dermed betydelig undertrykke underlaget clamping effekt. Disse fordelene har vært utnyttet i direkte veksten av funksjonelle oksider16,17,18,19,20,21,22, 23 på muscovite nylig, i lys av fleksibel enhet søknader.
Her beskriver vi en protokoll for direkte vokse epitaxial men ledelsen zirkonium titanate (PZT) tynne filmer på muscovite glimmer. Dette oppnås gjennom en pulsed laser deponering stole på allsidige egenskapene til glimmer, noe som resulterer i van der Waals heteroepitaxy. Fabrikkert strukturer beholde alle overlegen egenskapene til epitaxial PZT på stive enkelt krystallinsk underlag og utstillinger utmerket termisk og mekanisk stabilitet. Denne enkel og pålitelig tilnærmingen gir en teknologisk fordel over må-overføring og underlaget tynning strategier og forenkler utviklingen av mye ventet fleksibel, men likevel én-krystallinske ikke-flyktig minne elementer forutsetning for neste generasjons smarte enheter med høy ytelse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det viktigste trinnet i fabrikasjon av ferroelectric elementer ligger i bruk av en ren og selv/flat substrat overflate. Selv om ferske kløyvde glimmer er atomically glatt, er det nødvendig å ta hensyn til å forebygge overflater fra lidelse synlig fliser, delt lag, sprekker, Inneslutninger, etc. etter avsettelsen av PZT laget, prøven var avkjølt en høy oksygen Press (200-500 Torr) å redusere den oksygen stillinger. Ex situ topp platina elektroder var inn via en forhåndsdefinert mesh til mange Pt…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation i Kina (Grant nr. 11402221 og 11502224), staten nøkkel laboratorium av Intense Pulsed stråling simulering og effekt (SKLIPR1513) og Hunan provinsielle nøkkelen forskning og utviklingsplan (nr. 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 |
References
- 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).
