This research was supported by the National Science Foundation (Awards CMMI-1437050 and DMR-1207342), the Office of Naval Research (Grant N00014-10-10489), and the Air Force Office of Scientific Research (Grant FA9550-14-1-0090).

1. הכנת SR ו Ti מבשר לניסויים תלדו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טענת את האד הנקי ויבש ומבשר חדש לחדר המבוא של תא הכפפות. בצע את ההליך טוען הכפפה של התיבה כדי להבטיח טיהור נאותה של אוויר ורטיבות. מעבירים את החומרים לתוך האולם הראשי. הערה: קבוצה זו משתמשת ב-בית אד בנוי (ראה איור 3) עם רכיבים לרכוש מסחרי. פרטים של הרכבה saturator ניתן למצוא רשימה של ריאגנטים ספציפיים וציוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחסן את מבשר סטרונציום (סטרונציום bis (triisopropylcyclopentadienyl) [Sr (i PR 3 Cp) 2]) מבשר טיטניום (tetraisopropoxide טיטניום [Ti (O- אני Pr) 4], TTIP) בסביבה אינרטי (למשל, תא הכפפות לאחר) פתיחת האריזה המקורית שסיפק היצרן. הערה: קבוצה זו משתמשת שבתא כפפות עם רמת לחות לא גרםreater מ -5 ppm. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טענתי את המבשר לתוך saturator כך המבשר תופס כ 2/3 חלק הזכוכית של saturator (כ -5 גרם). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רכב את האדים ולהבטיח דליפה טובה חותם חזק מושגת. הערה: קבוצה זו משתמשת אבזרי חותם פן מתכת אטם להשיג חותמות חזקות דליפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוצא את האדים מולא מתא הכפפות ולחבר את האדים מלא עד סעפת אלד. הערה: מבשר הטיעון ניתן להשתמש מספר פעמים על פני תקופה ממושכת. המבשרים במערכת של קבוצה זו בדרך כלל דורשים מילוי כל שישה חודשים כפי שהם הופכים נצרכים. האב (i PR 3 Cp) 2 הוא נוזל חום בשני RT ואת טמפרטורת ההפעלה למחקר זה (130 - 140 מעלות צלזיוס). TTIP הוא נוזל שקוף. כאשר TTIP מידרדר, בדרך כלל עקב רטיבות ו / או זיהום אוויר, המבשר יהפוך לבן מוצק. לא חל visiמחוון ble של הידרדרות מבשרת על האב (i PR 3 Cp) 2 שנצפו על ידי קבוצה זו. הידרדרות מבשר אב מזוהית בדרך כלל על ידי ירידה משמעותית (יותר מ -10%) של תוכן Sr ב גידול ילד דיר אשר מנצל Sr (i PR 3 Cp) 2. </li></ol> מצע 2. ניקוי גה (001) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים מצע גה (001) (18 מ&quot;מ × 20 מ&quot;מ), בצד מצוחצח הפונה כלפי מעלה, לתוך מבחנה קטנה (25-50 מ&quot;ל). מלאו את כוס לכ בגובה 1 ס&quot;מ עם אצטון. מניחים את הכוס בתוך sonicator אמבטיה sonicate במשך 10 דקות. הערה: קבוצה זו משתמשת ופלים חד בצד מלוטש 4-ב Ge, וחותכים 18 × 20 מ&quot;מ 2 חתיכות בעזרת מסור חיתוך. השתמש גה מסוג n מסוממים בכבדות אם מדידות חשמליות של הסרט נדרשים (מחקר זה משתמש ופלים Ge Sb-מסוממים עם ρ ≈ 0.04 Ω-ס&quot;מ), אחרת כל סוגי סימום ברמה dopant כשרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למזוג את רוב אצטון לתוך מיכל פסולת, נזהר שלא לשפוך את או להעיף את מצע גה. יש לשטוף את הקירות של כוס עם אלכוהול איזופרופיל (IPA) ולמלא לכ בגובה 1 ס&quot;מ. יוצקים את רוב IPA לתוך מיכל פסולת, למלא כוס עד 1 ס&quot;מ עם IPA, sonicate במשך 10 דקות אחר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 2.2, אבל להחליף IPA עם מים ללא יונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המצע מן הקנקן עם פינצטה. לייבש את המצע עם אקדח חנקן או זרימת גז אינרטי יבשה אחרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את המצע השואב UV-האוזון ולהפעיל את המנקה למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ניקוי UV-אוזון, מיד לטעון את המצע לתוך מערכת ואקום. </li></ol> 3. טוען המצע Ge <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להזיז את העגלה המובילה מדגם קו ההעברה למנעול העומס. סגור את שסתום השער לבודד את מנעול העומס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את משאבת turbomolecular מנעול עומס ולפתוח את קו החנקן לפרוק את מנעול העומס. לְהַשְׁלִיםשלב 3.3 בזמן המתנת מנעול העומס לפרוק לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את המצע, בצד מצוחצח פונה כלפי מטה, לתוך בעל מדגם 20 מ&quot;מ × 20 מ&quot;מ. הערה: כל התצהירים מבוצעים עם המדגם פונה כלפי מטה. ודא המצע הוא סומק עם החלק התחתון של הבעל; אחרת ניסויי RHEED עלולים להיתקל בקשיים וסרטים לא יכולים להפקיד באופן אחיד. בעל מדגם קבוצה זו משתמשת מוצג באיור 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את מנעול העומס לאחר שהוא פרק לחלוטין. מניח את בעל המדגם לעמדה מובילה עגלה פתוחה באמצעות נחת הלשוניות של בעל המדגם עם הערוצים לתפקיד העגלה הפתוח והוריד אותו למקומו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את מנעול העומס להפעיל את משאבת turbomolecular מנעול עומס. תסגור את קו ייצור החנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתן עד שהלחץ במנעול העומס הוא כ 5.0 × 10 -7 Torr לפני פתיחת שסתום השער מנעול עומס וההזזה לסל דרך קו ההעברה. </li></ol> 4. Ge deoxidization <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבירים את המצע גה לתוך תא MBE. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבש את טמפרטורת מצע גה ל -550 מעלות צלזיוס בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס • דקות -1 ולאחר מכן ל -700 מעלות צלזיוס ב 10 ° C • דקות -1. לאחר שקבע את המדגם ב 700 מעלות צלזיוס במשך שעה 1, לקרר את המדגם ל -200 מעלות צלזיוס עם 30 ° C • דקות -1 רמפת קצב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש RHEED כדי לאשר את 2 × 1 משטח משוחזר כמתואר בסעיף נציג תוצאות. 26,39 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופציונאלי: XPS להשתמש על מנת להבטיח כי מצע גה (001) אינו כרוך בתשלום של תחמוצות (כמתואר בסעיף 8). </li></ol> 5. צמיחה תלד סרט דק של STO על Ge מצע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוון את הטמפרטורה ילד כור 225 ºC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> האב חום (אני PR 3 Cp) 2 עד 130 ° C ו TTIP ל -40 מעלות צלזיוס. לשמור על המים ב RT (בין 20 ל 25 מעלות צלזיוס). להסדיר את זרימת אדי מים לתוך המערכת תלדדרך שסתום המחט המחוברת saturator כך הלחץ של מי המינון הוא סביב 1 Torr. לשמור על טמפרטורות מבשרות קבועות לאורך כל תהליך ההדחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעביר את מדגם vacuo לכור ילד שחומם מראש ל 225 מעלות צלזיוס, להמתין 15 דקות למדגם כדי להגיע לשיווי משקל תרמי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלף את צינור הפליטה של ​​הכור ילד ממשאבת turbomolecular למשאבה המכאנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את בקר הזרימה לאפשר זרימת גז אינרטי (קבוצה זו משתמשת ארגון). לשמור על לחץ הפעלה של 1 Torr במהלך תהליך הצמיחה כולו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את יחס המחזור היחיד של אב כדי Ti להיות 2: 1. הגדר את מחזורי יחידת SR ו Ti במינון של 2 שניות של מבשר האב או Ti, ואחריו טיהור ארגון של 15 שניות, ולאחר מכן מנה 1-sec של מים, ואחריו עוד טיהור ארגון של 15 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את מספר מחזורי יחידה כדי להגיע לעובי הרצוי. ודא כי רצף האופניים ילדו מכילחזרה קטן כמו מחזורי יחידת אב או Ti פרט ככל האפשר. לדוגמה, 2: רצף אופניים 3 SR-אל-Ti ישיגו תוצאות טובות יותר כאשר להורג 1-SR, 1-Ti, ואחריו 1-SR, 2-Ti, ולא 2-SR ואחריו 3-Ti. הערה: קבוצה זו בשימוש 36 מחזורים יחידים להפקיד סרט STO בעובי 2 ננומטר על גה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופציונאלי: XPS השתמש כדי לאמת את הרכב סרט (כמתואר בסעיף 8). </li></ol> חישול 6. STO סרטים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעביר את המדגם שהופקד vacuo החדרת החישול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחמם את המדגם ל -650 מעלות צלזיוס בשיעור של 20 ° C • דקות -1 בתנאי UHV (10 -9 - 10 -8 Torr). החזק את הטמפרטורה 650 ºC למשך 5 דקות, ולאחר מכן לקרר את המדגם ל -200 ° C באותו קצב. הערה: השתמש RHEED להעריך את תוצאת החישול, כמתואר בסעיף נציג תוצאות 26,39. </li></ol> 7. פוצמיחת rther של STO <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקטע חוזר 5.1 - 5.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את יחס המחזור יחיד בין 1: 1 ו -4: 3. לשמור על רכיב מינון / הקאה אותו בתוך כל מחזור יחיד. הגדר את הרצף פי העקרונות שהוזכרו בשלב 5.6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את מספר מחזורי יחידה כדי להגיע לעובי המיועד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל את הסרט שהופקדו לפי סעיף 6 לפרוטוקול. </li></ol> 8. מדידות XPS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען המדגם לתוך תא אנליטיים XPS ולהדליק את מקור רנטגן. ודא כי כל השערים המתאימים / דלתות סגורות כדי למנוע חשיפת רנטגן בשוגג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור סריקה חדשה על ידי בחירת האלמנטים (מחייב טווחי אנרגיה) הרצויים לניתוח, או לבחור תכנית סריקה קיים. הערה: טווחי האנרגיה מחייב ניתן לשנות באופן ידני, במידת הצורך. קביעת הגדרות אחרות, כגון אנרגיה לעבור, אנרגית עירור, צעד אנרגיה, צעד זמן כדי לייעל את יחס אות לרעש, אבל להישארקבוע על פני כל סריקות האלמנטארי לשמור על יכולת ההשוואה בין ספקטרומים היסודות. טבלה 1 מראה את הגדרות הסריקה בשימוש על ידי קבוצה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק אם כל טעינה מתרחשת על פני המצע על ידי התבוננות אנרגית הקישור של לשיא של אלמנט ידוע, כגון O 1s ב 531 eV. הערה: טעינה מתרחש אם השיא השתנה מן הערך הידוע שלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס אקדח מבול החדרת XPS ולהדליק את האקדח מבול אם טעינת התרחשות. התאם את תפוקת אנרגית אקדח מבול ומרחק מן המדגם, כך השיא נבחר מוסט חזרה האנרגיה המחייבת הנכונה שלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתפעל את עמדת הבמה כדי להרחיב את השטח שרואה בזמן השיא של אלמנט ידוע (בדרך כלל לשיא של O 1 ב 531 eV). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הסריקה XPS לאסוף את הנתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את מקור רנטגן ולהסיר המדגם מן XPS. </li></ol>

<ol>
	<li>Phan, M. -. H., Yu, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+the+magnetocaloric+effect+in+manganite+materials.">Review of the magnetocaloric effect in manganite materials.</a> J. Magn. Magn. Mater. 308 (2), 325-340 (2007).</li><li>Serrate, D., Teresa, J. M. D., Ibarra, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double+perovskites+with+ferromagnetism+above+room+temperature.">Double perovskites with ferromagnetism above room temperature.</a> J. Phys. Condens. Matter. 19 (2), 023201 (2007).</li><li>Cheng, J. -. G., Zhou, J. -. S., Goodenough, J. B., Jin, C. -. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+behavior+of+ferromagnetic+perovskite+ruthenates.">Critical behavior of ferromagnetic perovskite ruthenates.</a> Phys. Rev. B. 85 (18), 184430 (2012).</li><li>Ahn, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ferroelectricity+at+the+Nanoscale:+Local+Polarization+in+Oxide+Thin+Films+and+Heterostructures.">Ferroelectricity at the Nanoscale: Local Polarization in Oxide Thin Films and Heterostructures.</a> Science. 303 (5657), 488-491 (2004).</li><li>Catalan, G., Scott, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physics+and+Applications+of+Bismuth+Ferrite.">Physics and Applications of Bismuth Ferrite.</a> Adv. Mater. 21 (24), 2463-2485 (2009).</li><li>Ramesh, R., Spaldin, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiferroics:+progress+and+prospects+in+thin+films.">Multiferroics: progress and prospects in thin films.</a> Nat. Mater. 6 (1), 21-29 (2007).</li><li>Vrejoiu, I., Alexe, M., Hesse, D., G&#246;sele, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+Perovskites+-+From+Epitaxial+Films+to+Nanostructured+Arrays.">Functional Perovskites - From Epitaxial Films to Nanostructured Arrays.</a> Adv. Funct. Mater. 18 (24), 3892-3906 (2008).</li><li>Jang, H. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metallic+and+Insulating+Oxide+Interfaces+Controlled+by+Electronic+Correlations.">Metallic and Insulating Oxide Interfaces Controlled by Electronic Correlations.</a> Science. 331 (6019), 886-889 (2011).</li><li>Hwang, H. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emergent+phenomena+at+oxide+interfaces.">Emergent phenomena at oxide interfaces.</a> Nat. Mater. 11 (2), 103-113 (2012).</li><li>Stemmer, S., Millis, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+confinement+in+oxide+quantum+wells.">Quantum confinement in oxide quantum wells.</a> MRS Bull. 38 (12), 1032-1039 (2013).</li><li>Stemmer, S., James Allen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-Dimensional+Electron+Gases+at+Complex+Oxide+Interfaces.">Two-Dimensional Electron Gases at Complex Oxide Interfaces.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 44 (1), 151-171 (2014).</li><li>Biscaras, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+superconductivity+at+a+Mott+insulator/band+insulator+interface+LaTiO3/SrTiO3.">Two-dimensional superconductivity at a Mott insulator/band insulator interface LaTiO3/SrTiO3.</a> Nat. Commun. 1, 89 (2010).</li><li>Dagotto, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complexity+in+Strongly+Correlated+Electronic+Systems.">Complexity in Strongly Correlated Electronic Systems.</a> Science. 309 (5732), 257-262 (2005).</li><li>Jin, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Multifunctional+Properties+Induced+by+Interface+Effects+in+Perovskite+Oxide+Heterostructures.">Novel Multifunctional Properties Induced by Interface Effects in Perovskite Oxide Heterostructures.</a> Adv. Mater. 21 (45), 4636-4640 (2009).</li><li>McKee, R. A., Walker, F. J., Chisholm, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystalline+oxides+on+silicon:+the+first+five+monolayers.">Crystalline oxides on silicon: the first five monolayers.</a> Phys. Rev. Lett. 81 (14), 3014 (1998).</li><li>Warusawithana, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Ferroelectric+Oxide+Made+Directly+on+Silicon.">A Ferroelectric Oxide Made Directly on Silicon.</a> Science. 324 (5925), 367-370 (2009).</li><li>Niu, G., Vilquin, B., Penuelas, J., Botella, C., Hollinger, G., Saint-Girons, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heteroepitaxy+of+SrTiO3+thin+films+on+Si+(001)+using+different+growth+strategies:+Toward+substratelike+qualitya.">Heteroepitaxy of SrTiO3 thin films on Si (001) using different growth strategies: Toward substratelike qualitya.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 29 (4), 041207 (2011).</li><li>Yu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+heteroepitaxy+of+oxides+on+silicon.">Advances in heteroepitaxy of oxides on silicon.</a> Thin Solid Films. 462-463, 51-56 (2004).</li><li>Yu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+oxide+thin+films+on+Si+(001).">Epitaxial oxide thin films on Si (001).</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 18 (4), 2139-2145 (2000).</li><li>Demkov, A. A., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+the+Sr-induced+reconstruction+of+the+Si+(001)+surface.">Theory of the Sr-induced reconstruction of the Si (001) surface.</a> J. Appl. Phys. 103 (10), 103710 (2008).</li><li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+and+electronic+structure+of+the+Si/SrTiO3+interface.">Atomic and electronic structure of the Si/SrTiO3 interface.</a> Phys. Rev. B. 68 (12), 125323 (2003).</li><li>Ashman, C. R., F&#246;rst, C. J., Schwarz, K., Bl&#246;chl, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First-principles+calculations+of+strontium+on+Si(001).">First-principles calculations of strontium on Si(001).</a> Phys. Rev. B. 69 (7), 075309 (2004).</li><li>Kamata, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-k/Ge+MOSFETs+for+future+nanoelectronics.">High-k/Ge MOSFETs for future nanoelectronics.</a> Mater. Today. 11 (1-2), 30-38 (2008).</li><li>Fischetti, M. V., Laux, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band+structure,+deformation+potentials,+and+carrier+mobility+in+strained+Si,+Ge,+and+SiGe+alloys.">Band structure, deformation potentials, and carrier mobility in strained Si, Ge, and SiGe alloys.</a> J. Appl. Phys. 80 (4), 2234-2252 (1996).</li><li>Liang, Y., Gan, S., Wei, Y., Gregory, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Sr+adsorption+on+stability+of+and+epitaxial+SrTiO3+growth+on+Si(001)+surface.">Effect of Sr adsorption on stability of and epitaxial SrTiO3 growth on Si(001) surface.</a> Phys. Status Solidi B. 243 (9), 2098-2104 (2006).</li><li>McDaniel, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Chemical+Route+to+Monolithic+Integration+of+Crystalline+Oxides+on+Semiconductors.">A Chemical Route to Monolithic Integration of Crystalline Oxides on Semiconductors.</a> Adv. Mater. Interfaces. 1 (8), (2014).</li><li>Leskel&#228;, M., Ritala, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+layer+deposition+(ALD):+from+precursors+to+thin+film+structures.">Atomic layer deposition (ALD): from precursors to thin film structures.</a> Thin Solid Films. 409 (1), 138-146 (2002).</li><li>George, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Layer+Deposition:+An+Overview.">Atomic Layer Deposition: An Overview.</a> Chem. Rev. 110 (1), 111-131 (2010).</li><li>McDaniel, M. D., Posadas, A., Wang, T., Demkov, A. A., Ekerdt, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+characterization+of+epitaxial+anatase+TiO2(001)+on+SrTiO3-buffered+Si(001)+using+atomic+layer+deposition.">Growth and characterization of epitaxial anatase TiO2(001) on SrTiO3-buffered Si(001) using atomic layer deposition.</a> Thin Solid Films. 520 (21), 6525-6530 (2012).</li><li>McDaniel, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+epitaxial+oxides+on+silicon+using+atomic+layer+deposition:+Crystallization+and+annealing+of+TiO2+on+SrTiO3-buffered+Si(001).">Growth of epitaxial oxides on silicon using atomic layer deposition: Crystallization and annealing of TiO2 on SrTiO3-buffered Si(001).</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 30 (4), 04E11 (2012).</li><li>McDaniel, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+strontium+titanate+films+grown+by+atomic+layer+deposition+on+SrTiO3-buffered+Si(001)+substrates.">Epitaxial strontium titanate films grown by atomic layer deposition on SrTiO3-buffered Si(001) substrates.</a> J. Vac. Sci. Technol. A. 31 (1), 01A136 (2013).</li><li>Ngo, T. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+growth+of+LaAlO3+on+SrTiO3-buffered+Si+(001)+substrates+by+atomic+layer+deposition.">Epitaxial growth of LaAlO3 on SrTiO3-buffered Si (001) substrates by atomic layer deposition.</a> J. Cryst. Growth. 363, 150-157 (2013).</li><li>Ngo, T. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+c-axis+oriented+BaTiO3+thin+films+on+SrTiO3-buffered+Si(001)+by+atomic+layer+deposition.">Epitaxial c-axis oriented BaTiO3 thin films on SrTiO3-buffered Si(001) by atomic layer deposition.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (8), 082910 (2014).</li><li>McDaniel, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incorporation+of+La+in+epitaxial+SrTiO3+thin+films+grown+by+atomic+layer+deposition+on+SrTiO3-buffered+Si+(001)+substrates.">Incorporation of La in epitaxial SrTiO3 thin films grown by atomic layer deposition on SrTiO3-buffered Si (001) substrates.</a> J. Appl. Phys. 115 (22), 224108 (2014).</li><li>McDaniel, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+layer+deposition+of+crystalline+SrHfO3+directly+on+Ge+(001)+for+high-k+dielectric+applications.">Atomic layer deposition of crystalline SrHfO3 directly on Ge (001) for high-k dielectric applications.</a> J. Appl. Phys. 117 (5), 054101 (2015).</li><li>Jahangir-Moghadam, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band-Gap+Engineering+at+a+Semiconductor-Crystalline+Oxide+Interface.">Band-Gap Engineering at a Semiconductor-Crystalline Oxide Interface.</a> Adv. Mater. Interfaces. 2 (4), (2015).</li><li>Posadas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+integration+of+ferromagnetic+correlated+oxide+LaCoO3+with+Si+(100).">Epitaxial integration of ferromagnetic correlated oxide LaCoO3 with Si (100).</a> Appl. Phys. Lett. 98 (5), 053104 (2011).</li><li>Ponath, P., Posadas, A. B., Hatch, R. C., Demkov, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+a+clean+Ge(001)+surface+using+oxygen+plasma+cleaning.">Preparation of a clean Ge(001) surface using oxygen plasma cleaning.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 31 (3), 031201 (2013).</li><li>Braun, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Applied RHEED: Reflection High-Energy Electron Diffraction During Crystal Growth. , (1999).</li><li>Moulder, J. F., Stickle, W. F., Sobol, P. E., Bomben, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy. , (1992).</li><li>Vehkam&#228;ki, M., Hatanp&#228;&#228;, T., H&#228;nninen, T., Ritala, M., Leskel&#228;, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+SrTiO3+and+BaTiO3+thin+films+by+atomic+layer+deposition.">Growth of SrTiO3 and BaTiO3 thin films by atomic layer deposition.</a> Electrochem. Solid-State Lett. 2 (10), 504-506 (1999).</li><li>Vehkam&#228;ki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Layer+Deposition+of+SrTiO3+Thin+Films+from+a+Novel+Strontium+Precursor-Strontium-bis(tri-isopropyl+cyclopentadienyl).">Atomic Layer Deposition of SrTiO3 Thin Films from a Novel Strontium Precursor-Strontium-bis(tri-isopropyl cyclopentadienyl).</a> Chem. Vap. Depos. 7 (2), 75-80 (2001).</li><li>Ritala, M., Leskel&#228;, M., Niinisto, L., Haussalo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Titanium+isopropoxide+as+a+precursor+in+atomic+layer+epitaxy+of+titanium+dioxide+thin+films.">Titanium isopropoxide as a precursor in atomic layer epitaxy of titanium dioxide thin films.</a> Chem. Mater. 5 (8), 1174-1181 (1993).</li><li>Aarik, J., Aidla, A., Uustare, T., Ritala, M., Leskel&#228;, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Titanium+isopropoxide+as+a+precursor+for+atomic+layer+deposition:+characterization+of+titanium+dioxide+growth+process.">Titanium isopropoxide as a precursor for atomic layer deposition: characterization of titanium dioxide growth process.</a> Appl. Surf. Sci. 161 (3-4), 385-395 (2000).</li><li>Premkumar, P. A., Delabie, A., Rodriguez, L. N. J., Moussa, A., Adelmann, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roughness+evolution+during+the+atomic+layer+deposition+of+metal+oxides.">Roughness evolution during the atomic layer deposition of metal oxides.</a> J. Vac. Sci. Technol. A. 31 (6), 061501 (2013).</li></ol>

אין המחברים אינטרסים כלכליים מתחרים לחשוף.

הניקיון של מצע גה הוא המפתח להצלחה כאשר גידול epitaxial perovskite באמצעות תלד. משך הזמן מצע Ge מבלה בין שומנים ו deoxidization, ואת משך הזמן בין deoxidization בתצהיר STO, צריך להישמר לכל הפחות. דוגמאות הן עדיין כפופות חשיפה מזהמת אפילו תחת סביבת UHV. חשיפה ממושכת עלולה לגרום redeposition של פחמן adventiti...

חומרים perovskite הופכים אטרקטיביים יותר ויותר בשל המבנה מעוקב או pseudocubic סימטרי שלהם מאוד עצום של תכונות. חומרים אלה, עם הנוסחא הכללית ABO 3, מורכבים מאטומים מתואמים עם 12 אטומי חמצן אטומי B מתואם עם שישה אטומי חמצן. בשל המבנה הפשוט שלהם, עדיין מגוון רחב של אלמנטים פוטנציאל, חומרים perovskite לספק מועמדים אידיאליים עבור התקנים heterostructure. Heterostructures תחמוצת Epitaxial להתפאר פרומגנטי, 1 - 3 אנטי / ferroelectric, 4 multiferroic, 5 - 8 superconductive, 7 -. 12 ופונקציונליות מגנטו 13,14 רבי המאפיינים האלקטרוניים הרצויים אלה interfacial ולכן תלויים מעברים נקיים, פתאומיים בין חומרים. קבועי המבנה הסריג כמעט זהה משותף בין בני משפחת perovskite לאפשר l מעולההתאמת attice, ולכן ממשקים באיכות גבוהה. בקלות סריג בהתאמה זה לזה, כמו גם מוליך למחצה מסוים, תחמוצות perovskite הם עתה פונים באלקטרוניקה דור הבא metal-oxide-מוליך למחצה. אינטגרציה מונוליטי של תחמוצות גבישים עם סיליקון, הפגינו ראשון עם titanate סטרונציום perovskite, SrTiO 3 (STO), על ידי מקי ועמיתיו, 15 הייתה צעד מונומנטלי לקראת המימוש של מכשירים אלקטרוניים עם התאגדות perovskite-מוליך למחצה. Epitaxy קרן מולקולרית (MBE) היא טכניקה עיקרי לצמיחה epitaxial של תחמוצות על סיליקון בגלל הגידול שכבה אחר שכבה, כמו גם את הלחץ מתכונן חמצן חלקי לשלוט הכרחי אמורפי, היווצרות SiO 2 interfacial 16 -. 19 הצמיחה MBE אופיינית של STO על Si (001) מושגת על ידי deoxidation Sr בסיוע של SiO 2. תחת ואקום גבוה במיוחד בתנאים (UHV), sro תנודתי תתפטורה אידוי תרמית. מאז sro עדיפה מבחינה תרמודינמית מעל מתכת סטרונציום SiO 2, בתצהיר של האב scavenges חמצן מהשכבה SiO 2 ואת sro וכתוצאה מכך מתאדה מפני השטח. במהלך תהליך זה משטח סיליקון חווה שחזור 2 × 1 על פני השטח המהווה שורות של אטומי סיליקון dimerized. למרבה הנוחות, ½ בשכבה (ML) כיסוי של אטומי אב על פני השטח המשוחזרים ממלא את הפערים שנוצרו על ידי שורות דימר אלה. 20 סיקור ½ ML מספק שכבת מגן, עם שליטה קפדנית של לחץ חמצן, יכול למנוע או לשלוט interfacial SiO 2 היווצרות במהלך הצמיחה תחמוצת לאחר 21 -. 23 במקרה של STO (ו perovskites עם המשחק סריג דומה), הסריג וכתוצאה מכך הוא הסתובב 45 מעלות-במטוס כזה (001) ‖ STO (001) Si ו (100) ‖ STO (110) Si, המאפשר רישום בין Si (3.84מרחק Si-Si) STO (א = 3.905 א) עם זן דחיסה קלה בלבד על STO. רישום זה הוא הכרחי עבור ממשקי באיכות גבוהה ואת התכונות הרצויות להם. הסיליקון הפך משמעותי בתעשייה בשל האיכות הגבוהה של התחמוצת שלה interfacial, אך שימוש SiO 2 מופסק עבור חומרים המסוגלים ביצועים מקבילים בגדלי תכונה קטנים. SiO 2 חוויות זליגה גבוהה זרמים כאשר דק וזה מפחית את ביצועי מכשיר. הביקוש גדל תכונה קטנה יכול להיות נפגש על ידי סרטי תחמוצת perovskite עם קבועי דיאלקטרי גבוהים, k, מספק מקבילים ביצועי SiO 2 והם עבים פיסיים מ SiO 2 על ידי /3.9 k גורם. יתר על כן, מוליכים למחצה חלופיים, כמו גרמניום, מציעים פוטנציאל פעולת מכשיר מהר יותר בשל mobilities אלקטרון והחור גבוה יותר מאשר סיליקון. 24,25 גרמניום יש גם interfתחמוצת acial, Geo 2, אך בניגוד SiO 2, הוא לא יציב ובכפוף deoxidation תרמית. לפיכך, 2 × 1 שחזור הוא בר השגה על ידי חישול תרמית פשוט תחת UHV, ושכבת Sr מגן היא מיותר למנוע צמיחת תחמוצת interfacial במהלך בתצהיר perovskite. 26 למרות ההקלות לכאורה של הצמיחה המוצעת על ידי MBE, בתצהיר שכבה אטומית (ALD) מספק שיטה יעילה יותר מדרגי עלות מ MBE לייצור המסחרי של חומרי תחמוצת. 27,28 תלד מעסיק מינונים של מבשרי גזים למצע כי מרוכז בעצמן הגבלה בתגובתם עם פני המצע. לכן, תהליך תלד אידיאלי, עד שכבה אטומית אחת מופקדת כל מבשר נתון מינון מחזור ומינון המשיך מאותו המבשר לא להפקיד חומר נוסף על פני השטח. הפונקציונלי תגובתי משוחזר עם שיתוף מגיב, לעתים קרובות חמצונים או מבשר רדוקטיבי (למשלמים או אמוניה,). מחקרים קודמים הדגימו את הצמיחה ילד סרטי perovskite שונים, כגון anatase Tio 2, SrTiO 3, BaTiO 3, ו LaAlO 3, על Si (001) שהיה שנאגר עם STO ארבע יחידות התאים עבים גדל באמצעות MBE. 29 - 34 בצמיחת MBE גרידא של תחמוצות גבישים, ½ כיסוי בשכבה של אב על Si הנקי (001) הוא מספיק כדי לספק מחסום מפני היווצרות SiO 2 תחת לחצי יליד הטכניקה (~ 10 -7 Torr). עם זאת, תחת לחצי הפעלה תלד אופייניים ~ 1 Torr, העבודה קודמת הראתה כי ארבעת תאי יחידת STO נדרשו להימנע חמצון פני שטח Si. 29 הנוהל המפורט כאן מנצל את חוסר היציבות של GEO 2 ומשיג אינטגרציה מונוליטי של STO על גרמניום באמצעות תלד ללא הצורך של שכבת חיץ MBE המבוגר. 26 יתר על כן, מרחק interatomic גה-גה (3.992 א) על שלה (100) משטח מאפשר עבור הרישום epitaxial מקביל עם STO כי הוא ציין עם Si (001). למרות הנוהל שהוצג כאן הוא ספציפי STO על Ge, שינויים קלים עשויים לאפשר לשילוב מונוליטי של מגוון סרטי perovskite על גרמניום. ואכן, צמיחה תלד ישירה של סרטי הגבישים SrHfO 3 ו BaTiO 3 דווחה על גה. 35,36 אפשרויות נוספות כוללות את תחמוצת השער פוטנציאל, SrZr x Ti 1-x O 3. 37 לבסוף, בנייה על מחקרים קודמים של צמיחת perovskite ילד על סרט STO צינוק ארבע יחידות על Si (001) 29 - 34 עולה כי כל סרט כי ניתן לגדל על פלטפורמת STO / Si ניתן לגדל על סרט חיץ ילד מבוגר STO על Ge, כגון LaAlO 3 ו LaCoO 3. 32,38 הריבוי של נכסים זמינים כדי heterostructures התחמוצת מפליא בין תחמוצות perovskite מציע הליך זה יכול להיות מנוצל tמחקר o בעבר שילובים צמיחה קשה או בלתי אפשרי עם כזה טכניקה קיימא ביצור המוני. איור 1 מתאר את סכמטי של מערכת ואקום, הכולל ALD, MBE, ותאי אנליטיים המחוברות באמצעות קו העברת 12 רגל. הדגימות ניתן להעביר vacuo בין כל תא. לחץ הבסיס של קו ההעברה נשמר כ 1.0 × 10 -9 Torr ידי שלוש משאבות יונים. בספקטרוסקופיה photoelectron מסחרי angle-resolved סגול רנטגן (XPS) מערכת נשמר עם משאבת יון כאלה שהלחץ בתא אנליטיים נשמר כ 1.0 × 10 -9 Torr. הכור ילד הוא חדר נירוסטה שהותקן מלבני עם נפח של 460 סנטימטר 3 ואורך של 20 סנטימטרים. סכימטי של הכור תלד מוצג באיור 2. הכור הוא קיר חם, כור סוג צולבות זרימה רציף.דוגמאות להציב הכור יש מרווח של 1.7 ס&quot;מ בין המשטח העליון של המצע לבין התקרה קאמרית 1.9 ס&quot;מ בין החלק התחתון של המצע לבין רצפת החדר. קלטת חימום, מופעלת על ידי אספקת כוח ייעודית, כרוכה סביב תא המכניסה כ 2 סנטימטר מעבר יציאת הפליטה ומספקת בקרת טמפרטורה של קירות הכור. בקר טמפרטורה מתאימה את תשומות הכח לקלטת החימום פי מדידת טמפרטורה שצולמה על ידי בני זוג תרמיים הממוקמים בין סרט החימום וקיר כור חיצוני. הכור הוא אז לכיסוי מלא שלוש קלטות חימום נוספות של כוח קבוע שמספק variac, ושכבה סופית של צמר פיברגלס עם כיסוי נייר אלומיניום מספק בידוד לקדם חימום אחיד. תפוקת ההספק של variac מותאמת כך טמפרטורת ההתבטלות (כאשר אספקת הכח הייעודי כבויה) של הכור היא כ 175 מעלות צלזיוס. הכור הוא pasבאופן בלעדי מקורר באמצעות אוויר הסביבה. טמפרטורת המצע מחושבת לפי המשוואה ליניארית-fit (1), כאשר s T (° C) הוא הטמפרטורה של מצע ג T (° C) היא הטמפרטורה של קיר הכור, מתקבלת על ידי מדידה ישירה מצע מצויד תרמי. פרופיל טמפרטורה קיים לאורך כיוון הזרימה של התא בשל שסתום השער הקר שמחבר את הכור אל קו ההעברה; פרופיל הטמפרטורה בניצב לכיוון הזרימה הוא זניח. פרופיל הטמפרטורה גורמת בתצהיר האב עשיר בחוד החנית של המדגם, אבל וריאציה הרכב לאורך המדגם הוא קטן (פחות מ הבדל 5% בין הקצוות מובילים ונגררים של המדגם) על פי XPS. 31 הפליטה של כור מחובר משאבת turbomolecular ומשאבה מכאנית. במהלך התהליך ילד, הכור נשאב על ידי המשאבה המכאנית לשמור על הלחץ בסביבות 1 Torr. אחרת, reactoלחץ r נשמרת מתחת 2.0 × 10 -6 Torr ידי משאבת turbomolecular. (1) = 0.977T s T c + 3.4 תא MBE נשמר בלחץ הבסיס של כ -2.0 × 10 -9 Torr או מתחת ידי משאבה קריוגני. הלחץ החלקי של מינים שונים בתא MBE מנוטר על ידי מנתח גז שיורית. לחץ הרקע של H 2 הוא סביב 1.0 × 10 -9 Torr, בעוד אלה של O 2, CO, 2 N, CO 2, ו- H 2 O, הם פחות מ 1.0 × 10 -10 Torr. בנוסף, תא MBE מצויד גם עם שישה תאי השתפכות, מאייד אלומת אלקטרוני ארבעה-כיס, מקור פלזמת חנקן אטומי מקור פלזמת חמצן אטומי עם שסתום דליפת פיזואלקטריים דיוק גבוה, וכן עקיפת אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה השתקפות (RHEED מערכת) עבור בזמן אמת תצפיות צמיחה וגיבוש באתרו. סםמניפולטור ple מאפשר המצע להיות מחומם עד 1000 מעלות צלזיוס באמצעות תנור סיליקון קרביד עמיד חמצן.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="963">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:285px;">MBE</td>
			<td style="width:235px;">DCA</td>
			<td style="width:143px;">M600</td>
			<td style="width:301px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Cryopump for MBE</td>
			<td>Brooks Automation, Inc.</td>
			<td>On-Board 8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Residual Gas Analyzer for MBE</td>
			<td>Extorr, Inc.</td>
			<td>XT200M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ALD Reaction Chamber</td>
			<td>Huntington Mechanical Laboratories</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom manufactured, hot-wall, stainless steel, rectangular (~20 cm long, 460 cm3)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD Saturator</td>
			<td>Swagelok/Larson Electronic Glass</td>
			<td>See comments</td>
			<td>Custom-built from parts supplied by Swagelok and Larson Electronic Glass. The saturator is made out of 316 stainless steel and Pyrex. All parts are connected via butt welding. Swagelok catalog numbers: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&#160; Larson Electronic Glass catalog number: SP-075-T</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Manual Valves for Saturators</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-DLVCR4-P and 6LVV-DPFR4-P.</td>
			<td>Both diaphragm-sealed valves are used interchangably by this group. The specific connectors (VCR male/female/etc.) to use will depend on the actual system design.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD Valves</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>6LVV-ALD3TC333P-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD System Tubing</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td></td>
			<td>316L tubing of various sizes. This group uses inner diameter of 1/4&#34;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD power supply</td>
			<td>AMETEK Programmable Power, Inc.</td>
			<td>Sorensen DCS80-13E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD Temperature Controller</td>
			<td>Schneider Electric</td>
			<td>Eurotherm 818P4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD Valve Controller&#160;</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>LabView</td>
			<td>Program developed within the group</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">XPS</td>
			<td>VG Scienta</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">RHEED</td>
			<td>Staib Instruments</td>
			<td>CB801420</td>
			<td>18 keV at ~3&#176; incident angle</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">RHEED Analysis System</td>
			<td>k-Space Associates</td>
			<td>kSA 400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Digital UV Ozone System</td>
			<td>Novascan</td>
			<td>PSD-UV 6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ozone Elimination System</td>
			<td>Novascan</td>
			<td>PSD-UV OES-1000D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Strontium bis(triisopropylcyclopentadienyl)</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td>HyperSr</td>
			<td>Mildly reactive to air and water. Further information supplied by Air Liquide can be found at https://www.airliquide.de/inc/dokument.php/standard/1148/airliquide-hypersr-datasheet.pdf</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Titanium tetraisopropoxide (TTIP)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>87560</td>
			<td>Flammable in liquid and vapor phase</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ge (001) wafer</td>
			<td>MTI Corporation</td>
			<td>GESBA100D05C1</td>
			<td>4&#34;, single-side polished Sb-doped wafer with &#961; &#8776; 0.04 &#937;-cm</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Argon (UHP)</td>
			<td>Praxair</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Deionized Water</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>18.2 M&#937;-cm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

epitaxial growth of perovskite strontium titanate on germanium via atomic layer deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and conformality by taking advantage of self-limiting reactions between vapor-phase precursors and the growing film. Perovskite oxides present potential for next-generation electronic materials, but to-date have mostly been deposited by physical methods. This work outlines a method for depositing SrTiO3 (STO) on germanium using ALD. Germanium has higher carrier mobilities than silicon and therefore offers an alternative semiconductor material with faster device operation. This method takes advantage of the instability of germanium's native oxide by using thermal deoxidation to clean and reconstruct the Ge (001) surface to the 2&#215;1 structure. 2-nm thick, amorphous STO is then deposited by ALD. The STO film is annealed under ultra-high vacuum and crystallizes on the reconstructed Ge surface. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) is used during this annealing step to monitor the STO crystallization. The thin, crystalline layer of STO acts as a template for subsequent growth of STO that is crystalline as-grown, as confirmed by RHEED. In situ X-ray photoelectron spectroscopy is used to verify film stoichiometry before and after the annealing step, as well as after subsequent STO growth. This procedure provides framework for additional perovskite oxides to be deposited on semiconductors via chemical methods in addition to the integration of more sophisticated heterostructures already achievable by physical methods.

איורים 5 ו -6 להראות ספקטרום photoelectron רנטגן האופייני ותמונות RHEED מתוך ניקה deoxidized מצע גה. המצע Ge בהצלחה-deoxidized מאופיין &quot;הסמיילי&quot; שלה 2 × 1 דפוס RHEED משוחזר. 26,39 בנוסף, קווי קיקוצ&#39;י הם נצפו גם בתמונות RHEED, המציינות את ניקיון וסדר א...

Watch this Scientific Journal Video about Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition at JoVE.com

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

עבודה זו מפרטת את הנהלים לצמיחה והאפיון של הגבישים SrTiO 3 ישירות על מצעי גרמניום ידי בתצהיר שכבה אטומי. ההליך ממחיש את היכולת של שיטת צמיחה כל-כימיות לשלב תחמוצות monolithically על מוליכים למחצה עבור התקני מוליכים למחצה, תחמוצת מתכת.

הצמיחה epitaxial של perovskite סטרונציום Titanate על גרמניום באמצעות הפקדת אטומית Layer

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

epitaxial-growth-perovskite-strontium-titanate-on-germanium-via

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

12.3K Views.  The University of Texas at Austin.  עבודה זו מפרטת את הנהלים לצמיחה והאפיון של הגבישים SrTiO 3 ישירות על מצעי גרמניום ידי בתצהיר שכבה אטומי. ההליך ממחיש את היכולת של שיטת צמיחה כל-כימיות לשלב תחמוצות monolithically על מוליכים למחצה עבור התקני מוליכים למחצה, תחמוצת מתכת. 

Video: Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high surface area microporous materials, such as metal-organic frameworks (MOFs), unique challenges present themselves for PECVD treatments. Herein the protocol for development of a MOF that was previously unstable to humid conditions is presented. The protocol describes the synthesis of Cu-BTC (also known as HKUST-1), the treatment of Cu-BTC with PECVD of perfluoroalkanes, the aging of materials under humid conditions, and the subsequent ammonia microbreakthrough experiments on milligram quantities of microporous materials. Cu-BTC has an extremely high surface area (~1,800 m2/g) when compared to most materials or surfaces that have been previously treated by PECVD methods. Parameters such as chamber pressure and treatment time are extremely important to ensure the perfluoroalkane plasma penetrates to and reacts with the inner MOF surfaces. Furthermore, the protocol for ammonia microbreakthrough experiments set forth here can be utilized for a variety of test gases and microporous materials.

Herein the procedures for plasma enhanced chemical vapor deposition of perfluoroalkanes on microporous materials such as metal-organic frameworks to enhance their stability and hydrophobicity are described. Furthermore, breakthrough testing of milligram quantities of samples is described in detail.

הכנת מסגרות מתכת אורגנית הידרופובי באמצעות פלזמה משופרת שיקוע הכימי של Perfluoroalkanes להסרת אמוניה

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the material with Au(III) ions. The synthesis method was derived from a sol-gel process used to produce micron-sized monosodium titanate (MST), with several key modifications, including altering reagent concentrations, omitting a particle seed step, and introducing a non-ionic surfactant to facilitate control of particle formation and growth. The resultant nMST material exhibits spherical-shaped particle morphology with a monodisperse distribution of particle diameters in the range from 100 to 150&#160;nm. The nMST material was found to have a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 285 m2g-1, which is more than an order of magnitude higher than the micron-sized MST. The isoelectric point of the nMST measured 3.34 pH units, which is a pH unit lower than that measured for the micron-size MST. The nMST material was found to serve as an effective ion exchanger under weakly acidic conditions for the preparation of an Au(III)-exchange nanotitanate. In addition, the formation of the corresponding peroxotitanate was demonstrated by reaction of the nMST with hydrogen peroxide.

The surfactant mediated sol-gel synthesis of nanosized monosodium titanate is described, along with preparation of the corresponding peroxide modified material. An ion-exchange reaction with Au(III) is also presented.

כימית סינתזת תגובה של nanosize מונוסודיום Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the ...

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in combination with their outstanding thermal and chemical stability, and low densities. However, their insoluble nature causes problems in their processing since usually applied techniques such as spin coating are not available. Especially for membrane applications, where the processing of CMP as thin films is desirable, the processing problems have hindered their commercial application.
Here we describe the interfacial synthesis of CMP thin films on functionalized substrates via molecular layer-by-layer (l-b-l) synthesis. This process allows the preparation of films with desired thickness and composition and even desired composition gradients.
The use of sacrificial supports allows the preparation of freestanding membranes by dissolution of the support after the synthesis. To handle such ultra-thin freestanding membranes the protection with sacrificial coatings showed great promise, to avoid rupture of the nanomembranes. To transfer the nanomembranes to the desired substrate, the coated membranes are upfloated at the air-liquid interface and then transferred via dip coating.

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

סינתזה והעברה של אוב Nanomembranes פולימר Microporous Conjugated שכבה אחר שכבה

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

Preparation of Macroporous Epitaxial Quartz Films on Silicon by Chemical Solution Deposition

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step process based on the preparation of a sol in a one-pot synthesis which is followed by the deposition of a gel film on Si(100) substrates by evaporation induced self-assembly using the dip-coating technique and ends with a thermal treatment of the material to induce the gel crystallization and the growth of the quartz film. The formation of a silica gel is based on the reaction of a tetraethyl orthosilicate and water, catalyzed by HCl, in ethanol. However, the solution contains two additional components that are essential for preparing mesoporous epitaxial quartz films from these silica gels dip-coated on Si. Alkaline earth ions, like Sr2+ act as glass melting agents that facilitate the crystallization of silica and in combination with cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) amphiphilic template form a phase separation responsible of the macroporosity of the films. The good matching between the quartz and silicon cell parameters is also essential in the stabilization of quartz over other SiO2 polymorphs and is at the origin of the epitaxial growth.

A protocol is presented for the preparation of piezoelectric macroporous epitaxial films of quartz on silicon by solution chemistry using dip-coating and thermal treatments in air.

הכנת Macroporous Epitaxial קוורץ סרטים על הסיליקון על ידי פתרון כימי הפקדת

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step ...

Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide (CdSe@CdS) nanorod photocatalysts. Seeded rods are grown using a colloidal hot-injection method and then moved to an aqueous medium by ligand exchange. CdSe@CdS nanorods, an iridium precursor and other salts are mixed and illuminated. The deposition process is initiated by absorption of photons by the semiconductor particle, which results with formation of charge carriers that are used to promote redox reactions. To insure photochemical oxidative growth we used an electron scavenger. The photogenerated holes oxidize the iridium precursor, apparently in a mediated oxidative pathway. This results in the growth of high quality crystalline iridium oxide particles, ranging from 0.5 nm to about 3 nm, along the surface of the rod. Iridium oxide grown on CdSe@CdS heterostructures was studied by a variety of characterization methods, in order to evaluate its characteristics and quality. We explored means for control over particle size, crystallinity, deposition location on the CdS rod, and composition. Illumination time and excitation wavelength were found to be key parameters for such control. The influence of different growth conditions and the characterization of these heterostructures are described alongside a detailed description of their synthesis. Of significance is the fact that the addition of iridium oxide afforded the rods astounding photochemical stability under prolonged illumination in pure water (alleviating the requirement for hole scavengers).

A protocol for the photochemical oxidative growth of small crystalline iridium oxide nanoparticles on the surface of CdSe@CdS seeded rod nanoparticles is presented.

צמיחת פוטו חמצונים של חלקיקים אירידיום תחמוצת על Nanorods CdSe @ התקליטורים

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

Influence of Hybrid Perovskite Fabrication Methods on Film Formation, Electronic Structure, and Solar Cell Performance

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to achieve device efficiencies exceeding other thin film device technologies. Yet, large variations in device efficiency and basic physical properties are reported. This is due to unintentional variations during film processing, which have not been sufficiently investigated so far. We therefore conducted an extensive study of the morphology and electronic structure of a large number of CH3NH3PbI3 perovskite where we show how the preparation method as well as the mixing ratio of educts methylammonium iodide and lead(II) iodide impact properties like film formation, crystal structure, density of states, energy levels, and ultimately the solar cell performance.

We present an extensive study on the effects of different fabrication methods for organic/inorganic perovskite thin films by comparing crystal structures, density of states, energy levels, and ultimately the solar cell performance.

השפעת שיטות ייצור perovskite היברידיות על יצירת סרט, מבנה אלקטרוני, ואת ביצוע תאים סולאריים

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to ...

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.

בתצהיר אדים תגובתי של סרט פולימרי מצומדת על מצעים שרירותי

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Deposition of Porous Sorbents on Fabric Supports

A microwave deposition technique for silanes, previously described for production of oleophobic fabrics, is adapted to provide a fabric support material that can be subsequently treated by dip coating. Dip coating with a sol preparation provides a supported porous layer on the fabric. In this case, the porous layer is a porphyrin functionalized sorbent system based on a powdered material that has been demonstrated previously for the capture and conversion of phosgene. A representative coating is applied to cotton fabric at a loading level of 10 mg/g. This coating has minimal impact on water vapor transport through the fabric (93% of the support fabric rate) while significantly reducing transport of 2-chloroethyl ethyl sulfide (CEES) through the material (7% of support fabric rate). The described approaches are suitable for use with other fabrics providing amine and hydroxyl groups for modification and can be used in combination with other sol preparations to produce varying functionality.

This report details a microwave-initiated approach for deposition of porphyrin functionalized porous organosilicate sorbents on a cotton fabric and demonstrates reduction in 2-chloroethyl ethyl sulfide (CEES) transport through the fabric resulting from this treatment.

הפקדת סופגים נקבובי על בד תומך

A microwave deposition technique for silanes, previously described for production of oleophobic fabrics, is adapted to provide a fabric support material ...

Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats

Metal-organic frameworks (MOFs), which contain reactive metal clusters and organic ligands allowing for large porosities and surface areas, have proven effective in gas adsorption, separations, and catalysis. MOFs are most commonly synthesized as bulk powder, requiring additional processes to adhere them to functional devices and fabrics that risk decreasing the powder porosity and adsorption capacity. Here, we demonstrate a method of first coating fabrics with metal oxide films using atomic layer deposition (ALD). This process creates conformal films of controllable thickness on each fiber, while providing a more reactive surface for MOF nucleation. By submerging the ALD coated fabric in solution during solvothermal MOF synthesis, the MOFs create a conformal, well-adhered coating on the fibers, resulting in a MOF-functionalized fabric, without additional adhesion materials that may block MOF pores and functional sites. Here we demonstrate two solvothermal synthesis methods. First, we form a MIL-96(Al) layer on polypropylene fibers using synthetic conditions that convert the metal oxide to MOF. Using initial inorganic films of varying thicknesses, diffusion of the organic linker into the inorganic allows us to control the extent of MOF loading on the fabric. Second, we perform a solvothermal synthesis of UiO-66-NH2 in which the MOF nucleates on the conformal metal oxide coating on polyamide-6 (PA-6) fibers, thereby producing a uniform and conformal thin film of MOF on the fabric. The resulting materials can be directly incorporated into filter devices or protective clothing and eliminate the maladroit qualities of loose powder.

Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats

Metal-organic frameworks are effective in gas storage and heterogeneous catalysis, but typical synthesis methods result in loose powders that are difficult to incorporate into smart materials. We demonstrate a method of first coating fabrics with ALD metal oxides, resulting in conformal films of MOF on the fabrics during solvothermal synthesis.

Solvothermal סינתזה של מיליון-96 ו UiO-66-NH2 בשכבה אטומי שהופקדו תחמוצת מתכת ציפוי על מחצלות סיבים

Metal-organic frameworks (MOFs), which contain reactive metal clusters and organic ligands allowing for large porosities and surface areas, have proven ...