Name: epitaxial growth of perovskite strontium titanate on germanium via atomic layer deposition
Uploaded: 2016-07-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 45 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition at JoVE.com

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).

ALD Deneyleri 1. hazırlanması Sr ve Ti öncüleri <ol><li> Bir eldiven kutusu antechamber içine temiz, kuru nemlendiriciler ve yeni öncüleri yükleyin. hava ve nem uygun tasfiye sağlamak için eldiven kutusunun yükleme prosedürünü izleyin. Ana odasına malzemeleri aktarın. Not: Bu grup ticari olarak satın alınan bileşenleri ile in-house inşa nemlendiriciler (bakınız Şekil 3) kullanmaktadır. DOYURUCU montaj detayları Belirli Reaktifler ve Ekipman Listesi bulunabilir. </li><li> Stronsiyum öncü (stronsiyum bis (triisopropylcyclopentadienyl) [Sr (I 2) 3 Cp PR]) ve titanyum ön-madde (titanyum tetraizopropoksit [Ti (O-i-Pr) 4], TTIP) bileşiminin nötr bir ortamda (örneğin, bir eldiven kutusu saklayın ) üretici tarafından sağlanan orijinal ambalajı açıldıktan sonra. Not: Bu grup, bir nem seviyesinde hiçbir g ile torpido gözünün kullanır5 ppm den reater. </li><li> ön-madde, yaklaşık 2/3 doyurma (yaklaşık 5 gr) cam parçanın kapladığı şekilde doyurma ön madde yükleyin. </li><li> nemlendiriciler yeniden birleştirmek ve sıkı mühür elde edilir iyi bir sızıntı sağlamak. Not: Bu grup sızdırmaz contaları ulaşmak için, metal conta yüz mühür parçaları kullanır. </li><li> eldiven kutusundan dolu nemlendiriciler boşaltın ve ALD manifolduna dolu nemlendiriciler bağlayın. Not: yüklü öncüleri uzun bir süre boyunca birden çok kez kullanılabilir. Bu grubun sistemindeki öncüleri genel olarak tüketilen hale olarak her altı ayda bir dolum gerektirir. (- 140 ° C 130) SR 2 RT ve bu çalışma için çalışma sıcaklığında hem de bir kahverengi sıvı (i 3 Cp Pr). TTIP berrak bir sıvıdır. TTIP bozulduğunda genellikle nem ve / veya hava kirliliği nedeniyle, ön-madde, beyaz bir katı haline dönüşecektir. Hiçbir visi- olmamıştırSr için öncül bozulma ble göstergesi 2 Bu grup tarafından gözlemlenen (ben 3 Cp Pr). Sr habercisi bozulma genellikle Sr kullanan bir tekrarlanabilir ALD büyüme Sr içeriği önemli bir azalma (% 10&#39;dan daha fazla) tarafından algılanır (i 3 Cp Pr) 2. </li></ol> 2. Temizleme Ge (001) Yüzey <ol><li> Küçük bir beher (25-50 ml) içine yukarı bakacak şekilde bir Ge (001) substrat (18 mm x 20 mm), cilalı tarafı, yerleştirin. aseton ile yaklaşık 1 cm yüksekliğe kadar beher. 10 dakika boyunca banyo sonikatör ve sonikasyon behere koyun. Not: Bu grup, bir dicing testere kullanarak 18 × 20 mm 2 parçalar halinde kesilmiş tek taraflı cilalı Ge 4-in gofret kullanır. Filmin elektrik ölçümleri gerekli, aksi takdirde tüm doping düzeyi ve takviye türleri kabul edilebilir, (bu çalışma ρ ≈ 0,04 Ω-cm Sb katkılı Ge gofret kullanır) ağır katkılı n-tipi Ge kullanın. </li><li> dökmek veya Ge substratı çevirmek için özen bir atık kabı içine aseton çoğunluğu süzün. izopropil alkol (IPA) ile kabın duvarlarının durulayın ve yaklaşık 1 cm yüksekliğe kadar doldurun. Başka bir 10 dakika süreyle IPA ile 1 cm beher ve sonikasyon dolum, bir atık kabı içine IPA çoğunluğu dökün. </li><li> adımı 2.2 tekrarlayın, ancak deiyonize su ile IPA değiştirin. </li><li> Cımbız ile beher alt tabakayı çıkarın. bir azot tabancası veya diğer kuru atıl gaz akımı ile alt-tabakanın kurutun. </li><li> UV ozon temizleyici yerleştirilmesidir ve 30 dakika için daha temiz çalıştırın. </li><li> UV ozon Temizlikten sonra, hemen vakum sistemi içine alt tabakayı yükleyin. </li></ol> 3. Yükleme Ge Yüzey <ol><li> Yük kilide transfer hattı numune taşıyıcı-cart taşıyın. yük kilidi izole etmek için kapı vanasını kapatın. </li><li> yük kilidi turbomoleküler pompasını kapatın ve yük kilidi havalandırma için azot hattını açın. TamamlayınızTamamen havalandırma için yük kilidi beklerken 3.3 adım. </li><li> 20 mm x 20 mm numune tutucu içine, aşağı bakan alt tabaka, cilalı tarafı yerleştirin. Not: Tüm depolanmaları numune aşağı bakacak şekilde yapılmaktadır. Alt tabaka sahibinin tabanı ile aynı hizada olduğundan emin olun; Aksi RHEED deneyleri zorluk yaşayabilirsiniz ve filmler eşit mevduat olmayabilir. Bu grup kullanan bir numune taşıyıcı, Şekil 4 &#39;de gösterilmiştir. </li><li> tamamen Bacalı sonra yük kilidi açın. Açık sepeti pozisyonu kanalları ile numune tutucu tırnakları hizalayarak ve yerine düşürerek açık taşıyıcı arabası pozisyonuna örnek tutucu yerleştirin. </li><li> Yük kilidini kapatın ve yük kilidi turbomoleküler pompa açın. Azot hattı kapatın. </li><li> Yük kilidine basınç yaklaşık kadar bekleyin 5.0 × 10 -7 Torr transfer hattı yoluyla sepeti yük kilit kapı vanası açılarak ve geçmeden önce. </li></ol> 4. Ge deoxidization <ol><li> MBE odasına Ge substratı aktarın. </li><li> 20 ° C&#39;de 550 ° C&#39;ye kadar Ge alt-tabaka sıcaklığının Rampa ° C • dak -1 sonra 700 ° C&#39;ye kadar 10 ° C de • dak-1. 1 saat süre ile 700 ° C&#39;de tuttuktan sonra, 30 ° C • dak -1 rampa oranında 200 ° C&#39;ye kadar soğumasına. </li><li> Temsilcisi Sonuçlar bölümünde açıklandığı gibi 2 × 1 yeniden yüzeye onaylamak için RHEED kullanın. 26,39 </li><li> İsteğe bağlı: Kullanım XPS Ge (001) substrat (8. Bölüm&#39;de açıklanan) oksitlerin serbest olmasını sağlamak için. </li></ol> Ge Yüzey üzerinde STO 5. İnce Film ALD Büyüme <ol><li> 225 ºC ALD reaktör sıcaklığını ayarlamak. </li><li> Isı Sr (i 3 CP-Pr) 2 ° C&#39;de 130 ve TTIP 40 ° C arasındadır. RT (20 ila 25 ° C) bir su elde. ALD sistemine su buharı akışını düzenlemekSuyun dozlama basıncı yaklaşık 1 Torr olacak şekilde doyurma bağlı iğne valf üzerinden. biriktirme süreci boyunca sürekli habercisi sıcaklıkları korumak. </li><li> 225 ° C&#39;ye ısıtılmış olan ALD reaktöre vakumda örnek aktarın ve örnek termal dengeye ulaşmak için 15 dakika boyunca bekleyin. </li><li> mekanik pompaya turbomoleküler pompasından ALD reaktörün egzoz portunu açın. </li><li> atıl gaz akışını (bu grup argon kullanır) izin vermek için akış kontrol açın. tüm büyüme sürecinde 1 Torr bir çalışma basıncını koruyun. </li><li> 2 olmak üzere Ti Sr birim çevrimi oranını ayarlayın: 1. daha sonra başka bir 15-sek argon tasfiye su ve ardından 1-sek doz, 15 sn, argon tasfiye ardından Sr veya Tı öncüsünün 2-sek doz SR ve Ti birimi döngüleri ayarlayın ve. </li><li> arzu kalınlığının sağlanması için birim döngülerinin sayısını ayarlayın. ALD bisiklet dizisi içerdiğinden emin olunMümkün olduğu kadar bireysel Sr veya Ti birimi döngüleri az tekrarı. Örneğin, 2: 3-Ti, ardından 1-SR, 2-Ti, yerine 2-Sr den ve ardından 1-SR, 1-Ti olarak çalıştırıldığı zaman 3SR-to-Ti bisiklet dizisi iyi sonuçlar elde edecektir. Not: Bu grup Ge üzerinde 2 nm kalınlığında STO filmi yatırmak için 36 ünite döngüleri kullanılır. </li><li> İsteğe bağlı: Kullanım XPS (8. Bölüm&#39;de açıklanan) film kompozisyonu doğrulamak için. </li></ol> STO Film 6. Tavlama <ol><li> Tavlama odası içine vakum içinde biriken örnek aktarın. </li><li> Bir oranda 650 ° C&#39;ye kadar örnek Isı 20 ° C • dak -1 UHV koşullarında (10 -9 - 10 -8 Torr) altında. 5 dakika boyunca 650 ° C&#39;de ısı tutun ve daha sonra aynı oranda 200 ° C&#39;ye kadar soğumasına. Not: Temsilcisi Sonuçlar bölümünde açıklandığı gibi kullanın RHEED, tavlama sonucu değerlendirmek için 26,39. </li></ol> 7. FuSTO rther Büyüme <ol><li> Tekrarlayın Bölüm 5,1-5,5. </li><li> 1 ve 4: 1 arasında birim çevrim oranını ayarlayın 3. her birim döngüsü içinde aynı doz / tasfiye bileşeni koruyun. Adım 5.6 belirtilen esaslara göre sırasını ayarlayın. </li><li> amaçlanan kalınlığına ulaşılması için birim döngülerinin sayısını ayarlayın. </li><li> Protokol&#39;ün Bölüm 6&#39;ya göre yatırılan filmin tavlama. </li></ol> 8. XPS Ölçümleri <ol><li> XPS analitik odasına örnek yükleyin ve X-ışını kaynağı açın. tüm uygun kapıları sağlamak / Kapılar kazayla X-ışını maruz kalmasını önlemek için kapatılır. </li><li> analiz için istenen (enerji aralıkları bağlama) öğeleri seçerek yeni bir tarama oluşturun veya önceden varolan bir tarama programı seçin. Not: Gerekirse Bağlanma enerjisi aralıkları manuel olarak değiştirilebilir. sinyal-gürültü oranını optimize etmek için böyle bir geçiş enerji, uyarma enerjisi, aşama enerji ve adım süresi gibi diğer ayarları ayarlayın, ancak kalırtüm element taramalar arasında sürekli element spektrumları arasında karşılaştırılabilirlik korumak için. Tablo 1, bu grup tarafından kullanılan tarama ayarlarını gösterir. </li><li> Herhangi bir şarj bilinen bir elemanın tepe bağlama enerjisi, 531 eV gibi O 1s gözlemleyerek alt tabaka üzerinde meydana olup olmadığını kontrol edin. Not: tepe, bilinen değerinden kaymıştır eğer Şarj gerçekleşiyor. </li><li> XPS odasına sel silahı takın ve şarj oluşup oluşmadığını sel tabanca açın. seçilen zirve onun doğru bağlayıcı enerji geri kaydırılır ve böylece numuneden sel tabanca enerji çıkışı ve mesafeyi ayarlayın. </li><li> Bilinen bir elemanın zirve altında gözlenen alanı (531 eV tipik O 1 sn tepe) maksimize etmek için sahne konumunu işleyin. </li><li> XPS taraması çalıştırın ve veri toplamak. </li><li> X-ışını kaynağı kapatın ve XPS numuneyi çıkarın. </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>

Yazarlar ifşa etmek rakip mali çıkarlarını yok yok.

ALD kullanarak Perovskite epitaksiyel büyürken Ge alt tabakanın temizlik başarısının anahtarıdır. Bir Ge alt tabaka yağ alma ve deoxidization ve deoxidization ve STO birikimi arasındaki süreyi arasında geçirdiği zaman miktarı, en az tutulmalıdır. Numuneler dahi UHV ortamında kirletici maruz tabidir. Uzun süreli maruz kalma zayıf film büyümesi ile sonuçlanan, tesadüfi karbon ya da Ge yeniden oksidasyon tozun yeniden ortama bırakılmasına yol açabilmektedir. Bu grup, C-kirleri çıkarmak için ...

Perovskit malzemeler nedeniyle son derece simetrik kübik veya pseudocubic yapısı ve özellikleri sayısız giderek daha çekici hale gelmektedir. Bu malzemeler, genel formül ABO 3 ile, altı, oksijen atomu ile koordine 12 oksijen atomuyla ve oda atomu ile koordine bir atomu içerir. onların basit yapısı, olası elemanların henüz geniş nedeniyle, perovskit malzemeler heteroyapı cihazlar için ideal aday sağlar. Epitaksiyel oksit heteroyapılar ferromanyetik övünme, 1-3 anti-/ ferroelektrik, 4 multiferroic, 5-8 süperiletken, 7 -. 12 ve manyetik direnç işlevleri 13,14 bu istenen elektronik özelliklerinin çoğu Arayüzey ve malzemeler arasındaki temiz, ani geçişler üzerinde böylece bağlıdır. Perovskite aile üyeleri arasında paylaşılan neredeyse özdeş yapısı ve örgü sabitleri mükemmel l izinattice uygun ve bu nedenle yüksek kaliteli arayüzleri. Kolayca kafes uyumlu birbirlerine yanı sıra bazı yarı iletkenler için, perovskit oksitler artık yeni nesil metal oksit yarıiletken elektronik döndü ediliyor. İlk Perovskite stronsiyum titanat ile ortaya silikon ile kristal oksitler, monolitik entegrasyonu, SrTiO 3 (STO), McKee ve arkadaşları tarafından, 15 perovskit-yarıiletken dahil olan elektronik cihazların gerçekleştirilmesine yönelik bir anıtsal bir adım oldu. Moleküler demet epitaksi (MBE) için katman-katman büyüme silikona oksitlerin epitaksiyel geliştirme için birincil tekniği, hem de amorf, ara yüzey SİO2 oluşumunu kontrol etmek için gerekli olan ayarlanabilir oksijen kısmi basıncı 16 -. 19 tipik MBE büyüme Si STO (001) SiO 2 Sr destekli deoksidasyon ile elde edilir. ultra yüksek vakum (UHV) koşullar altında, SrO uçucu ve subTermal buharlaşma ject. SrO termodinamik stronsiyum metal ve SİO2 tercih edilir olduğundan, Sr depozisyon SiO2 katmandan oksijen temizler ve elde edilen SrO yüzeyinden buharlaşır. Bu süreçte silikon yüzey dimerize silikon atomlarının satırları oluşturan yüzeyinde bir 2 × 1 yeniden yaşar. Uygun, ½ yeniden yüzeyde Sr atomların tek katmanlı (ML) kapsama Bu dimer satırlara göre oluşturulan boşlukları doldurur. 20 ½ ML kapsama oksijen basıncı dikkatli kontrolü ile, SiO2 önlemek veya ara yüzey kontrol edebilirsiniz, koruyucu bir katman sağlar sonraki oksit büyüme sırasında oluşumu 21 -. STO durumunda 23 (ve benzer kafes maç ile perovskit), elde edilen kafes 45 ° döndürülür düzlem şekilde (001) STO ‖ (001) Si ve (100) STO ‖ (110) Si, Si arasındaki kayıt sağlayan (3.84Å Si-Si mesafe) ve STO (STO üzerinde sadece hafif basınç suş ile a = 3,905 Å). Bu kayıt, yüksek kaliteli arayüzleri ve sahip arzu edilen özelliklere için gereklidir. Silikon nedeniyle arayüzey oksit yüksek kalitede endüstriyel anlamlı oldu, ama SiO 2 kullanım küçük özellik boyutlarında eşdeğer performans yeteneğine malzemeler için aşamalı ediliyor. SiO 2 deneyimleri yüksek kaçak akım zaman ultra-ince ve bu cihaz performansını azaltır. Daha küçük özellik boyutları için talep SiO 2 performans eşdeğer sağlamak ve faktör k /3.9 tarafından SiO 2 fiziksel olarak daha kalındır yüksek dielektrik sabitleri, k perovskit oksit filmleri ile karşılanabilir. Ayrıca, alternatif yarı iletkenler, germanyum gibi, nedeni silikon daha yüksek elektron ve delik hareketlilik daha hızlı cihaz çalışması için potansiyel sunmaktadır. 24,25 Germanyum da INTERF vardıracial oksit, coğrafi 2 fakat SiO 2 aksine, kararsız ve termal deoksidasyon bağlıdır. Bu durumda, 2 x 1 yeniden UHV durumunda basit ısıl tavlama ile elde edilebilir, ve bir koruyucu, Sr tabaka perovskit çökelmesi sırasında ara yüzey oksit gelişimini engellemek için gereksizdir. 26 MBE sunduğu büyüme belirgin kolaylıkla rağmen, atomik, tabaka (ALD) oksit malzemeleri ticari üretim için MBE daha büyütülebilir ve maliyet etkin bir yöntem temin etmektedir. 27,28 ALD kendiliğinden olan alt-tabaka, gaz halindeki öncülerinin dozlarda kullanmaktadır alt-tabaka yüzeyi ile reaksiyonunda sınırlayıcı. Bu nedenle, ideal ALD işleminde, en fazla bir atom tabakası yüzeyi üzerine ek malzeme birikmez gezinir aynı ön-maddesinin sürekli dozlama herhangi bir ön-maddesini bırakılır. Reaktif işlevsellik, bir ko-reaktan ile birlikte, genellikle bir oksitleyici veya indirgeyici öncüsünü geri (örnSu veya amonyak). Önceki çalışma böyle bir anataz TiO2, SrTiO 3, BaTiO 3 ve LaAlO 3 gibi çeşitli Perovskite filmlerin ALD büyüme göstermiştir, MBE aracılığıyla yetiştirilen dört birim hücre kalınlığında STO ile tamponlu olmuştu Si (001) üzerine. 29 - 34 kristal oksitler tamamen MBE büyüme olarak, ½ temiz Si (001) üzerine Sr tek katmanlı kapsama tekniği (~ 10 -7 Torr) doğal basınç altında SiO 2 oluşumuna karşı bir bariyer sağlamak için yeterlidir. Bununla birlikte, yaklaşık 1 Torr tipik ALD çalışma basınçları altında, önceki çalışma STO dört ünite hücreleri Si yüzey oksitleme önlemek için gerekli olduğunu göstermiştir. 29 Burada ayrıntılı prosedür GEO 2 istikrarsızlık kullanır ve bir MBE yetişen tampon katmanı gerek kalmadan ALD aracılığıyla germanyum üzerinde STO monolitik entegrasyona sahip. 26 Dahası, onun üzerinde Ge-Ge atomlar mesafe (3,992 Å) (100) yüzeyi Si (001) ile birlikte görülmektedir STO benzer bir epitaksiyel kayıt için izin verir. Burada sunulan prosedür Ge üzerinde STO özgü olsa da, hafif değişiklikler germanyum üzerinde Perovskite filmlerin çeşitli monolitik entegrasyonu için izin verebilir. Nitekim, kristal SrHfO 3 ve BaTiO 3 filmlerin doğrudan ALD büyümesi Ge üzerinde bildirilmiştir. 35,36 Ek olanaklar potansiyel kapı oksit içeren, SrZr ALD perovskit büyüme önceki çalışmalarda bina, son olarak Ti 1-x O 3. 37 x Si dört birim hücre STO film üzerinde (001) 29-34 STO / Si platformunda yetiştirilen olabilir herhangi bir film gibi LaAlO 3 ve LaCoO olarak Ge bir ALD yetiştirilen STO tampon filmi, üzerinde yetiştirilen olabilir düşündürmektedir 3.. 32,38 oksit heteroyapıların ve Perovskite oksitler arasındaki olağanüstü benzerlik mevcut özelliklerin çokluğu bu prosedürün t yararlanılabilir düşündürmektedirDaha önce o çalışma böyle bir endüstriyel açıdan tekniği ile zor veya imkansız büyüme kombinasyonları. Şekil 1 ALD, MBE ve 12 metrelik transfer hattı ile bağlı analitik odaları kapsar vakum sisteminin şematik göstermektedir. Numuneler, her bölmesi arasında vakum içinde aktarılabilir. Transfer hattının taban basıncı üç iyon pompaları ile yaklaşık 1.0 x 10 -9 Torr tutulur. Ticari açı çözüldü ultraviyole ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) sistemi, analitik odasındaki basınç, yaklaşık 1.0 x 10 -9 Torr&#39;a tutulur, öyle ki, bir iyon pompası ile korunur. ALD Reaktör 20 cm 460 cm3 hacmi ve uzunluğu olan bir dikdörtgen, özel yapılmış, paslanmaz çelik bir bölme olabilir. ALD reaktörünün şematik bir şekil 2 &#39;de gösterilmiştir. Reaktör sıcak duvar, sürekli çapraz akım tipi reaktördür.bir reaktör içerisine yerleştirildi Örnekler alt-tabakanın tepe yüzeyi ve oda tavan ve alt-tabakanın alt ve oda zemin arasında 1.9 cm arasında 1.7 cm&#39;lik bir açıklık vardır. ayrı bir güç kaynağı ile bir ısıtma bandı, egzoz bağlantı dışına yaklaşık olarak 2 cm odacık sarılı ve reaktör duvarlarının ısı kontrolünü sağlamaktadır. Bir sıcaklık kontrol ısıtma bant ve dış reaktör duvarı arasında yer alan bir termal çift tarafından alınan bir sıcaklık ölçümü göre ısıtma bant güç girişi ayarlar. Reaktör daha sonra tamamen üç varyak tarafından sağlanan sabit bir güç ilave ısıtma bantları ve alüminyum folyo kaplama ile cam elyaf yün son kat olarak düzgün bir ısıtma teşvik etmek için izolasyon sağlar ile sarılır. Varyaklar güç çıkışı ayarlanır reaktörün (özel bir güç kaynağı kapalı) rölanti sıcaklığı yaklaşık 175 ° C olduğu gibi. Reaktör Pa.s&#39;denğı gibi çevre havası ile soğutulmuştur. Alt-tabaka sıcaklığının doğrudan takılmış bir alt-tabaka ölçülerek tS (° C) alt-tabaka ve (° C), T, C sıcaklığı doğrusal uygunlaştırma eşitliğini (1) reaktör duvarının sıcaklığı kullanılarak hesaplanmıştır elde edilen bir termokupl. Bir sıcaklık profili nedeniyle transfer hattına reaktörü bağlayan soğuk kapak valfinin bölmenin akış yönü boyunca vardır; akış yönüne dik sıcaklık profili göz ardı edilebilir. Sıcaklık profili örnek ön kenarında daha zengin bir Sr çökelmesini neden olur, ancak örnek boyunca bileşimin değişimi XPS göre olan (örneğin ön ve arka kenarlar arasında,% 5 daha az fark) küçüktür. 31 egzoz reaktör, bir turbomoleküler pompa ve bir mekanik pompa bağlanmıştır. ALD işlemi sırasında reaktör yaklaşık 1 Torr&#39;da basıncı korumak için, mekanik pompa ile pompalanır. Aksi takdirde, reactoBasınçlı bir turbomoleküler pompa ile 2.0 x 10 -6 Torr altında tutulur. (1) T s = 0.977T c + 3.4 MBE bölmesi yaklaşık 2,0 x 10 -9 Torr veya daha düşük bir sirojenik pompa ile bir temel basınç altında muhafaza edilir. MBE odası içinde çeşitli türlerin kısmi basıncı bir artık gaz analiz cihazı ile kontrol edilmektedir. H2 arka basıncı, yaklaşık 1.0 x 10 -9 torr O 2 olanlar ise, CO, N2, CO2 ve H2O, 1.0 den daha az x 10 -10 Torr&#39;a bulunmaktadır. Buna ek olarak, MBE odası da RHEED (altı efüzyon hücreleri, dört cep elektron ışın evaporatör, bir atom azot plazma kaynağı ve yüksek hassasiyetli piezoelektrik kaçak vana ile bir atom oksijen plazma kaynağı ve bir yansıması yüksek enerjili elektron kırınımı ile donatılmıştır in situ büyüme ve kristalleşme gözlemlerde gerçek zamanlı) sistemi. Sample manipülatör alt-tabaka, bir oksijen dayanıklı silisyum karbür ısıtıcı kullanılarak 1000 ° C sıcaklığa kadar ısıtılabilir sağlar.

<table><tbody><tr><td>MBE</td><td>DCA</td><td>M600</td><td></td></tr><tr><td>Cryopump for MBE</td><td>Brooks Automation, Inc.</td><td>On-Board 8</td><td></td></tr><tr><td>Residual Gas Analyzer for MBE</td><td>Extorr, Inc.</td><td>XT200M</td><td></td></tr><tr><td>ALD Reaction Chamber</td><td>Huntington Mechanical Laboratories</td><td></td><td>Custom manufactured, hot-wall, stainless steel, rectangular (~20&amp;nbsp;cm long, 460 cm&lt;sup&gt;3&lt;/sup&gt;)</td></tr><tr><td>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. Larson Electronic Glass catalog number: SP-075-T.</td></tr><tr><td>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/&lt;em&gt;etc.&lt;/em&gt;) to use will depend on the actual system design.</td></tr><tr><td>ALD Valves</td><td>Swagelok</td><td>6LVV-ALD3TC333P-CV</td><td></td></tr><tr><td>ALD System Tubing</td><td>Swagelok</td><td></td><td>316L tubing of various sizes. This group uses inner diameter of 1/4&quot;</td></tr><tr><td>ALD power supply</td><td>AMETEK Programmable Power, Inc.</td><td>Sorensen DCS80-13E</td><td></td></tr><tr><td>ALD Temperature Controller</td><td>Schneider Electric</td><td>Eurotherm 818P4</td><td></td></tr><tr><td>ALD Valve Controller&amp;nbsp;</td><td>National Instruments</td><td>LabView</td><td>Program developed within the group</td></tr><tr><td>XPS</td><td>VG Scienta</td><td></td><td></td></tr><tr><td>RHEED</td><td>Staib Instruments</td><td>CB801420</td><td>18 keV at ~3&amp;deg; incident angle</td></tr><tr><td>RHEED Analysis System</td><td>k-Space Associates</td><td>kSA 400</td><td></td></tr><tr><td>Digital UV Ozone System</td><td>Novascan</td><td>PSD-UV 6</td><td></td></tr><tr><td>Ozone Elimination System</td><td>Novascan</td><td>PSD-UV OES-1000D</td><td></td></tr><tr><td>Titanium tetraisopropoxide (TTIP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>87560</td><td>Flammable in liquid and vapor phase&lt;br /&gt;&amp;nbsp;&lt;br /&gt;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>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><td>Ge (001) wafer</td><td>MTI Corporation</td><td>GESBA100D05C1</td><td>4&quot;, single-side polished Sb-doped wafer with &amp;rho; &amp;asymp; 0.04 &amp;Omega;-cm</td></tr><tr><td>Argon (UHP)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Deionized Water</td><td></td><td></td><td>18.2 M&amp;Omega;-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.

Bir temizlenmiş ve oksijensiz Ge substrattan Şekiller 5 ve 6, tipik bir x-ışını fotoelektron spektrumları ve RHEED ve görüntüler. Bir başarı-oksijensiz Ge alt tabaka onun &quot;gülen yüz&quot; 2 × 1 yeniden RHEED desen ile karakterizedir. 26,39 Ayrıca, Kikuchi hatları da temizlik ve numunenin uzun menzilli sırasını gösterir RHEED görüntülerde, görülmektedir. 40 Netlik ve kırınım deseni y...

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

Bu çalışma atomik tabaka birikimi ile germanyum yüzeylerde doğrudan kristal SrTiO 3 büyümesi ve karakterizasyonu için prosedürler ayrıntıları. Prosedür metal oksit yarı iletken cihazlar için yarı iletkenler üzerine monolitik oksitler entegre bir all-kimyasal büyüme yönteminin yeteneğini gösterir.

Atomik Katman Biriktirme aracılığıyla Germanyum üzerinde Perovskit Stronsiyum Titanate Epitaksiyel Büyüme

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

12.3K Görüntüleme.  The University of Texas at Austin.  Bu çalışma atomik tabaka birikimi ile germanyum yüzeylerde doğrudan kristal SrTiO 3 büyümesi ve karakterizasyonu için prosedürler ayrıntıları. Prosedür metal oksit yarı iletken cihazlar için yarı iletkenler üzerine monolitik oksitler entegre bir all-kimyasal büyüme yönteminin yeteneğini gösterir. 

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

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.

Karmaşık Oksit İnce Filmlerin Epitaksiyel Büyüme için atomik Tanımlı Şablonlar

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

Kimya

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical properties. The possibility of doping was investigated by adding monovalent cation halides with similar ionic radii to Pb2+, including Cu+, Na+, and Ag+. A shift in the Fermi level and a remarkable decrease of sub-bandgap optical absorption, along with a lower energetic disorder in the perovskite, was achieved. An order-of-magnitude enhancement in the bulk hole mobility and a significant reduction of transport activation energy within an additive-based perovskite device was attained. The confluence of the aforementioned improved properties in the presence of these cations led to an enhancement in the photovoltaic parameters of the perovskite solar cell. An increase of 70 mV in open circuit voltage for AgI and a 2 mA/cm2 improvement in photocurrent density for NaI- and CuBr-based solar cells were achieved compared to the pristine device. Our work paves the way for further improvements in the optoelectronic quality of CH3NH3PbI3 perovskite and subsequent devices. It highlights a new avenue for investigations on the role of dopant impurities in crystallization and controls the electronic defect density in perovskite structures.

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we present a protocol to adjust the properties of solution-processed CH3NH3PbI3 through the incorporation of monovalent cation additives in order to achieve highly efficient perovskite solar cells.

CH tek değerlikli katyon doping<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Verimli Perovskit Güneş Pilleri için

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Mühendislik

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide electronics community. One of its hallmark features is the existence of a critical LAO thickness of 4 unit-cells (uc) for interfacial conductivity to emerge. Although electrostatic mechanisms have been proposed in the past to describe the existence of this critical thickness, the importance of chemical defects has been recently accentuated. Here, we describe the growth of metal/LAO/STO heterostructures in an ultra-high vacuum (UHV) cluster system combining pulsed laser deposition (to grow the LAO), magnetron sputtering (to grow the metal) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We study step by step the formation and evolution of the q2DES and the chemical interactions that occur between the metal and the LAO/STO. Additionally, magnetotransport experiments elucidate on the transport and electronic properties of the q2DES. This systematic work not only demonstrates a way to study the electrostatic and chemical interplay between the q2DES and its environment, but also unlocks the possibility to couple multifunctional capping layers with the rich physics observed in two-dimensional electron systems, allowing the fabrication of new types of devices.

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

We fabricate metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures using a combination of pulsed laser deposition and in situ magnetron sputtering. Through magnetotransport and in situ X-ray photoelectron spectroscopy experiments, we investigate the interplay between electrostatic and chemical phenomena of the quasi two-dimensional electron gas formed in this system.

Büyüme ve Elektrostatik/kimyasal özellikleri Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Chemical Synthesis of Porous Barium Titanate Thin Film and Thermal Stabilization of Ferroelectric Phase by Porosity-Induced Strain

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its well-balanced ferroelectricity, piezoelectricity, and dielectric constant. In addition, BT does not contain any toxic elements. Therefore, it is considered to be an eco-friendly material, which has attracted considerable interest as a replacement for lead zirconate titanate (PZT). However, bulk BT loses its ferroelectricity at approximately 130 &#176;C, thus, it cannot be used at high temperatures. Because of the growing demand for high-temperature ferroelectric materials, it is important to enhance the thermal stability of ferroelectricity in BT. In previous studies, strain originating from the lattice mismatch at hetero-interfaces has been used. However, the sample preparation in this approach requires complicated and expensive physical processes, which are undesirable for practical applications.
In this study, we propose a chemical synthesis of a porous material as an alternative means of introducing strain. We synthesized a porous BT thin film using a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles were used as an organic template. Through a series of studies, we clarified that the introduction of pores had a similar effect on distorting the BT crystal lattice, to that of a hetero-interface, leading to the enhancement and stabilization of ferroelectricity. Owing to its simplicity and cost effectiveness, this fabrication process has considerable advantages over conventional methods.

Here, we present a protocol for the synthesis of porous barium titanate (BaTiO3) thin film by a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles are used as an organic template.

Kimyasal sentez gözenekli baryum Titanate ince Film ve Ferroelectric faz porozite indüklenen gerilim tarafından termal stabilizasyon

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on high-density data storage and low-power consumption capabilities. However, the high-quality oxide based nonvolatile memory on flexible substrates is often constrained by the material characteristics and the inevitable high-temperature fabrication process. In this paper, a protocol is proposed to directly grow an epitaxial yet flexible lead zirconium titanate memory element on muscovite mica. The versatile deposition technique and measurement method enable the fabrication of flexible yet single-crystalline non-volatile memory elements necessary for the next generation of smart devices.

In this paper, we present a protocol to directly grow an epitaxial yet flexible lead zirconium titanate memory element on muscovite mica.

Bir imalat ve Van Der Waals Heteroepitaxy dayanan esnek bir Ferroelectric öğesi için ölçüm yöntemi

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device applications. Zinc oxide (ZnO), a semiconductor with a wide bandgap (3.4 eV) and high electron saturation velocity has gained a great deal of attention as an attractive material for high speed devices. Efficient gate modulation, however, requires high-quality Schottky contacts on the barrier layer. In this article, we present our Schottky diode fabrication procedure on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructure with high density 2DEG which is achieved through strain modulation and incorporation of a few percent Be into the MgZnO-based barrier during growth by molecular beam epitaxy (MBE). To achieve high crystalline quality, nearly lattice-matched high-resistivity GaN templates grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used as the substrate for the subsequent MBE growth of the oxide layers. To obtain the requisite Zn-polarity, careful surface treatment of GaN templates and control over the VI/II ratio during the growth of low temperature ZnO nucleation layer are utilized. Ti/Au electrodes serve as Ohmic contacts, and Ag electrodes deposited on the O2 plasma pretreated BeMgZnO surface are used for Schottky contacts.

Attainment of high-quality Schottky contacts is imperative for achieving efficient gate modulation in heterostructure field effect transistors (HFETs). We present the fabrication methodology and characteristics of Schottky diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures with high-density two dimensional electron gas (2DEG), grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on GaN templates.

Moleküler ışın plazma destekli Epitaxy tarafından yetiştirilen Zn-kutup BeMgZnO/ZnO Heterostructure üzerinde Schottky diyotlar imalatı

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Theoretical Calculation and Experimental Verification for Dislocation Reduction in Germanium Epitaxial Layers with Semicylindrical Voids on Silicon

Reduction of threading dislocation density (TDD) in epitaxial germanium (Ge) on silicon (Si) has been one of the most important challenges for the realization of monolithically integrated photonics circuits. The present paper describes methods of theoretical calculation and experimental verification of a novel model for the reduction of TDD. The method of theoretical calculation describes the bending of threading dislocations (TDs) based on the interaction of TDs and non-planar growth surfaces of selective epitaxial growth (SEG) in terms of dislocation image force. The calculation reveals that the presence of voids on SiO2 masks help to reduce TDD. Experimental verification is described by germanium (Ge) SEG, using an ultra-high vacuum chemical vapor deposition method and TD observations of the grown Ge via etching and cross-sectional transmission electron microscope (TEM). It is strongly suggested that the TDD reduction would be due to the presence of semicylindrical voids over the SiO2 SEG masks and growth temperature. For experimental verification, epitaxial Ge layers with semicylindrical voids are formed as the result of SEG of Ge layers and their coalescence. The experimentally obtained TDDs reproduce the calculated TDDs based on the theoretical model. Cross-sectional TEM observations reveal that both the termination and generation of TDs occur at semicylindrical voids. Plan-view TEM observations reveal a unique behavior of TDs in Ge with semicylindrical voids (i.e., TDs are bent to be parallel to the SEG masks and the Si substrate).

Theoretical calculation and experimental verification are proposed for a reduction of threading dislocation (TD) density in germanium epitaxial layers with semicylindrical voids on silicon. Calculations based on the interaction of TDs and surface via image force, TD measurements, and transmission electron microscope observations of TDs are presented.

Silikon Üzerinde Yarı Silindirik Boşluklu Germanyum Epitaksiyel Tabakalarında Çıkığın Azaltılması için Teorik Hesaplama ve Deneysel Doğrulama

Reduction of threading dislocation density (TDD) in epitaxial germanium (Ge) on silicon (Si) has been one of the most important challenges for the ...

Epitaxial Nanostructured &alpha;-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices

In this work, we show a detailed engineering route of the first piezoelectric nanostructured epitaxial quartz-based microcantilever. We will explain all the steps in the process starting from the material to the device fabrication. The epitaxial growth of &#945;-quartz film on SOI (100) substrate starts with the preparation of a strontium doped silica sol-gel and continues with the deposition of this gel into the SOI substrate in a thin film form using the dip-coating technique under atmospheric conditions at room temperature. Before crystallization of the gel film, nanostructuration is performed onto the film surface by nanoimprint lithography (NIL). Epitaxial film growth is reached at 1000 &#176;C, inducing a perfect crystallization of the patterned gel film. Fabrication of quartz crystal cantilever devices is a four-step process based on microfabrication techniques. The process starts with shaping the quartz surface, and then metal deposition for electrodes follows it. After removing the silicone, the cantilever is released from SOI substrate eliminating SiO2 between silicon and quartz. The device performance is analyzed by non-contact laser vibrometer (LDV) and atomic force microscopy (AFM). Among the different cantilever&#8217;s dimensions included in the fabricated chip, the nanostructured cantilever analyzed in this work exhibited a dimension of 40 &#181;m large and 100 &#181;m long and was fabricated with a 600 nm thick patterned quartz layer (nanopillar diameter and separation distance of 400 nm and 1 &#181;m, respectively) epitaxially grown on a 2 &#181;m thick Si device layer. The&#160;measured&#160;resonance frequency was&#160;267 kHz and the estimated quality factor, Q, of the whole mechanical structure was Q ~ 398 under low vacuum conditions. We observed the voltage-dependent linear displacement of cantilever with both techniques (i.e., AFM contact measurement and LDV). Therefore, proving that these devices can be activated through the indirect piezoelectric effect.

Epitaxial Nanostructured &#945;-Quartz Films on Silicon: From the Material to New Devices

This work presents a detailed protocol for the microfabrication of nanostructured &#945;-quartz cantilever on a Silicon-On-Insulator(SOI) technology substrate starting from the epitaxial growth of quartz film with the dip coating method and then nanostructuration of the thin film via nanoimprint lithography.

Silikon Üzerine Epitaxial Nanoyapılı α-Kuvars Filmler: Malzemeden Yeni Cihazlara

In this work, we show a detailed engineering route of the first piezoelectric nanostructured epitaxial quartz-based microcantilever. We will explain all ...

Tuning Oxide Properties by Oxygen Vacancy Control During Growth and Annealing

Electrical, optical, and magnetic properties of oxide materials can often be controlled by varying the oxygen content. Here we outline two approaches for varying the oxygen content and provide concrete examples for tuning the electrical properties of SrTiO3-based heterostructures. In the first approach, the oxygen content is controlled by varying the deposition parameters during a pulsed laser deposition. In the second approach, the oxygen content is tuned by subjecting the samples to annealing in oxygen at elevated temperatures after the film growth. The approaches can be used for a wide range of oxides and nonoxide materials where the properties are sensitive to a change in the oxidation state.
The approaches differ significantly from electrostatic gating, which is often used to change the electronic properties of confined electronic systems such as those observed in SrTiO3-based heterostructures. By controlling the oxygen vacancy concentration, we are able to control the carrier density over many orders of magnitude, even in nonconfined electronic systems. Moreover, properties can be controlled, which are not sensitive to the density of itinerant electrons.

Oxide materials show many exotic properties that can be controlled by tuning the oxygen content. Here, we demonstrate the tuning of oxygen content in oxides by varying the pulsed laser deposition parameters and by performing postannealing. As an example, electronic properties of SrTiO3-based heterostructures are tuned by growth modifications and annealing.

Büyüme ve tavlama sırasında oksijen boşluk kontrolü ile oksit özelliklerinin ayarlanması

Electrical, optical, and magnetic properties of oxide materials can often be controlled by varying the oxygen content. Here we outline two approaches for ...

Synthesis of Nine-atom Deltahedral Zintl Ions of Germanium and their Functionalization with Organic Groups

Although the first studies of Zintl ions date between the late 1890's and early 1930's they were not structurally characterized until many years later.1,2 Their redox chemistry is even younger, just about ten years old, but despite this short history these deltahedral clusters ions E9n- (E = Si, Ge, Sn, Pb; n = 2, 3, 4) have already shown interesting and diverse reactivity and have been at the forefront of rapidly developing and exciting new chemistry.3-6 Notable milestones are the oxidative coupling of Ge94- clusters to oligomers and infinite chains,7-19 their metallation,14-16,20-25 capping by transition-metal organometallic fragments,26-34 insertion of a transition-metal atom at the center of the cluster which is sometimes combined with capping and oligomerization,35-47 addition of main-group organometallic fragments as exo-bonded substituents,48-50 and functionalization with various organic residues by reactions with organic halides and alkynes.51-58 
This latter development of attaching organic fragments directly to the clusters has opened up a new field, namely organo-Zintl chemistry, that is potentially fertile for further synthetic explorations, and it is the step-by-step procedure for the synthesis of germanium-divinyl clusters described herein. The initial steps outline the synthesis of an intermetallic precursor of K4Ge9 from which the Ge94- clusters are extracted later in solution. This involves fused-silica glass blowing, arc-welding of niobium containers, and handling of highly air-sensitive materials in a glove box. The air-sensitive K4Ge9 is then dissolved in ethylenediamine in the box and then alkenylated by a reaction with Me3SiC&equiv;CSiMe3. The reaction is followed by electrospray mass spectrometry while the resulting solution is used for obtaining single crystals containing the functionalized clusters [H2C=CH-Ge9-CH=CH2]2-. For this purpose the solution is centrifuged, filtered, and carefully layered with a toluene solution of 18-crown-6. Left undisturbed for a few days, the so-layered solutions produced orange crystalline blocks of [K(18-crown-6)]2[Ge9(HCCH2)2]&bull;en which were characterized by single-crystal X-ray diffraction. 
The process highlights standard reaction techniques, work-up, and analysis towards functionalized deltahedral Zintl clusters. It is hoped that it will help towards further development and understanding of these compounds in the community at large.

We present the high-temperature synthesis of intermetallic precursors K4Ge9, their dissolution in ethylenediamine to form Ge94- deltahedral Zintl ions, and the reaction of the clusters with alkynes to form organo-Zintl ions. The latter are characterized by electrospray mass spectrometry in solutions and by single-crystal X-ray diffraction in the solid state.

Organik Grupları ile Dokuz-atom Deltahedral Zintl Germanyum iyonları ve bunların fonksiyonlandırmalar Sentezi

Although the first studies of Zintl ions date between the late 1890's and early 1930's they were not structurally characterized until many years later.1,2 ...

Atomik Katman Biriktirme aracılığıyla Germanyum üzerinde Perovskit Stronsiyum Titanate Epitaksiyel Büyüme

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler