Изготовление и метод измерения для элемента гибкого сегнетоэлектриков, основанный на Heteroepitaxy ван-дер-Ваальса
Summary
В этой статье мы представляем протокол непосредственно расти эпитаксиальных еще гибкий вывод циркония титаната памяти элемент на Слюда мусковит.
Abstract
Гибкой энергонезависимой памяти получили много внимания, как они применимы для портативных интеллектуальных электронных устройств в будущем, опираясь на хранения высокой плотности данных и низкое энергопотребление возможностей. Однако оксид высокого качества на базе энергонезависимой памяти на гибких подложках часто сдерживается характеристики материала и процесс изготовления неизбежно высокой температуры. В этом документе протокол предлагается непосредственно расти эпитаксиальных еще гибкий свинца циркония титаната памяти элемент на Слюда мусковит. Метод универсальным осаждения техники и измерения позволяют изготовление гибкое и монокристаллического энергонезависимой памяти элементы, необходимые для следующего поколения интеллектуальных устройств.
Introduction
Успешное изготовление элементов гибкой энергонезависимой памяти (NVME) играет ключевую роль в деле использования в полной мере потенциал Гибкая электроника. NVME должны имеют легкий вес, низкая стоимость, низкая мощность потребления, быстрая скорость и хранения высокой плотности возможности помимо хранения данных, обработки информации и коммуникации. Перовскита Pb (Zr, Ti) O3 (PZT) действует как популярная система для таких приложений, учитывая его большой поляризации, быстрой поляризации, переключение, высокая температура Кюри, низкой коэрцитивной и высокий коэффициент пьезоэлектрический. В сегнетоэлектрических энергонезависимой памяти внешнее напряжение импульса может переключаться два остаток поляризации между двух стабильных направлений, представленных ‘0’ и ‘1’. Он является энергонезависимой, и процесс чтения/записи может быть завершен в течение наносекунд. NVME на основе органических1,2,3,4,5,6 и неорганических7,8,9,10 ,11,12,13,,1415 сегнетоэлектрические материалы предпринимались на гибких подложках. Однако такая интеграция ограничивается не только субстратов неспособность высокой температуры роста, но также производительность деградировавших устройства, утечки тока и электрического замыкания из-за их шероховатой поверхности. Несмотря на многообещающие результаты, альтернативные стратегии, как истончение субстрата8 и передачи эпитаксиального слоя гибкой подложке15 страдают от ограниченного жизнеспособности учитывая сложный многоэтапный процесс, непредсказуемость передачи, и ограниченную применимость.
По вышеупомянутым причинам важно изучить соответствующие субстрата, которая сможет преодолеть ограниченное тепловой и оперативной графену мягкие субстраты для дальнейшего продвижения Гибкая электроника. Естественный мусковита Слюда (KAl2(АЛСИ3O10) (OH)2) субстрат с уникальными функциями, как атомарным образом гладкой поверхности, высокая термическая стабильность, химическая инертность, высокую прозрачность, механические гибкость, и совместимость с текущими методами изготовления может использоваться для эффективного решения этих вопросов. Более того двумерных слоистую структуру моноклинная слюды поддерживает ван-дер-Ваальса Эпитаксия, который смягчает решетки и соответствующие условия, тем самым значительно подавления субстрата, зажимные эффект тепловой. Эти преимущества были использованы в прямой рост функциональных оксидов16,,1718,19,20,21,22, 23 на Москвич недавно, с учетом применения гибких устройств.
Здесь мы описываем протокол непосредственно расти эпитаксиальных еще гибкий вывод циркония Титанат свинца (PZT) тонких пленок на Слюда мусковит. Это достигается посредством импульсного лазерного процесса осаждения, полагаясь на универсальные свойства слюды, что приводит к heteroepitaxy ван-дер-Ваальса. Такие структуры, сфабрикованные сохраняют все свойства Улучшенный эпитаксиальных PZT на жесткую один кристаллических подложках и экспонаты отличные тепловые и механические графену. Этот простой и надежный подход обеспечивает технологическое преимущество над многоступенчатое передача и субстрат, истончение стратегии и способствует развитию долгожданного гибкое и монокристаллического энергонезависимой памяти элементов, необходимых для смарт-устройства следующего поколения с высокой производительностью.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ключевым шагом в изготовление сегнетоэлектриков элементов заключается в использовании поверхность чистой и даже квартиры субстрата. Хотя свежие рассеченного слюда поверхность является атомарным образом гладкой, необходимо обратить внимание для предотвращения поверхностей от стра?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальный фонд естественных наук Китая (Грант № 11402221 и 11502224), моделирование государства ключ Лаборатория из интенсивного импульсного излучения и эффект (SKLIPR1513) и Хунань провинциальных ключ научно план развития (No. 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).
