Name: atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films
Uploaded: 2014-12-04T15:00:00
Duration: 8 min 49 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films at JoVE.com

Работа выполнена при финансовой поддержке Нидерландской организации научных исследований (NWO) через VIDI гранта и разделения химических наук Нидерландской организации научных исследований (NWO-CW) в рамках программ ТОП и эхо.

1. атомно-гладкие, отдельно Завершенные Поверхности <ol><li> Очистка SrTiO 3 и DyScO 3 субстраты <ol><li> Погружают субстратов в химическом стакане, заполненном ацетон (чистота 99,5%) и поместить его в ультразвуковой ванне (UB) в течение 10 мин. Повторите этот шаг с этанолом (чистота 99,8%), не высушивая подложку между ними. Использование пистолет азота, чтобы высушить образцы путем продувки этанола капель с поверхности. Таким образом, частицы, которые присутствуют в этаноле, не будет оставаться на поверхности после сушки. </li><li> Проверьте поверхность с помощью оптического микроскопа. Удалите все оставшиеся частицы, протирая подложку осторожно положите на ткани хрусталика, который, смоченной в этаноле. Всегда используйте пистолет азота, чтобы высушить образец. Повторите шаг 1.1.1 и 1.1.2 до поверхности свободна от частиц. </li></ol></li><li> DyScO 3 лечение - отжиг <ol><li> Загрузка очищенные субстраты в кварцевую лодочку и отжига их в чистом печи трубки в 1000 &amp; #176; С в потоке кислорода (150 мл / ч) в течение 4 ч. </li><li> Проверьте поверхность с помощью оптического микроскопа. Если грязь видно, использовать процедуру, описанную в шаге 1.1.2 для очистки поверхности. </li></ol></li><li> DyScO 3 лечение - шероховатости поверхности по BHF <ol><li> Погрузитесь чистые субстраты в 100 мл стакан, содержащий 40 мл деионизированной (ДИ) водой и поместить его в UB в течение 30 мин. Используйте держатель тефлоновую перевезти субстратов. </li><li> Заполните три ВЧ устойчивые 100 мл стаканы с 40 мл дистиллированной воды. Заполните один 100-мл химический стакан с 40 мл этанола. Заполните один ВЧ устойчивый стакан с 40 мл 12,5% буферный фтористый водород (BHF, NH 4 F: HF = 87,5: 12,5, pH = 5,5). ПРИМЕЧАНИЕ: BHF является очень опасным кислоты. Соответствующие меры предосторожности должны быть приняты. </li><li> Передача держатель, несущий тефлоновую подложек из стакана дистиллированной водой в химический стакан, содержащий BHF. Поместите стакан в UB в течение 30 сек. </li><li> Трансфер держатель тефлоновую к ВЧ устойчивостью стакана containiнг ДИ воды и погружают на 20 секунд, осторожно перемещения держателя вверх и вниз. Повторите это в двух других химических стаканах, наполненных водой. Оставьте держатель с образцами в химический стакан, содержащий этанол. </li><li> Избавиться от всех BHF, содержащей жидкости. </li><li> Высушите подложек с помощью пистолета азота. Проверьте поверхность с помощью оптического микроскопа. Если грязь видна, повторите шаг 1.1.2. </li></ol></li><li> DyScO 3 лечение - селективное травление по NaOH <ol><li> Заполните 100 мл стакан с 40 мл 12 М NaOH (водный раствор). Погрузить образцы с использованием тефлоновой держатель и помещают в химический стакан в UB в течение 30 мин. </li><li> Передача образцов в 100 мл стакан, содержащий 40 мл 1 М NaOH (водн). Положите его в UB в течение 30 мин. </li><li> Заполните три стаканы с деионизированной водой и один стакан с этанолом. Промыть образцы от последующего погружения в трех стаканах с водой и, наконец, в химическом стакане с этанолом. Высушить образцы, используя пистолет азота. </li><li> Проверьте поверхность с помощью оптического microscoПЭ и очистить, если необходимо, с использованием процедуры, описанной в стадии 1.1.2. В DyScO 3 пробы однократно прекращено сейчас. </li></ol></li><li> SrTiO 3 лечение <ol><li> Протравить очищенных подложек с помощью BHF как описано в стадии 1,3. Следует отметить, что, в то время как этот шаг используется для DyScO 3 так же, как на стадии поверхностной шероховатости, селективное травление SrO имеет место на этой стадии. </li><li> Отжига образцов при 950 ° С в потоке кислорода (150 мл / ч) в течение 90 мин. В SrTiO 3 пробы однократно прекращено сейчас. Проверьте поверхность с помощью оптического микроскопа и очистить, если необходимо, с использованием процедуры, описанной в стадии 1.1.2. </li></ol></li></ol> 2. Атомно шаблонов, по произвольным субстратов <ol><li> Подготовка Ca 2 Nb 3 O 10 - нанолисты <ol><li> Сделать дисперсию HCA 2 Nb 3 O 10 порошка в деионизированной воде с концентрацией 0,40 г / 100 мл и добавляютэквимол рное количество гидроксида тетра-бутил аммония (TBAOH). Пожалуйста, обратитесь к Эбина и др. 23 для твердотельного синтеза KCA 2 Nb 3 O 10 порошка и его протонирования в HCA 2 Nb 3 O 10. ПРИМЕЧАНИЕ: TBAOH вызывает коррозию; носить перчатки на все времена и обращаться с осторожностью. </li><li> Слегка встряхните бутылку рукой и поместите его горизонтально на ротационном шейкере при 30 Гц в течение 14 дней. Re-дисперсных осадков пять-шесть раз в течение этих 14 дней к медленно прокатке бутылку. </li><li> Развести дисперсии до 0,40 г / л и осторожно встряхните его снова. Пусть стоять в течение по крайней мере 24 ч перед использованием, чтобы позволить большие агрегаты оседают в нижней части дисперсии. ПРИМЕЧАНИЕ: размер партии может повлиять на процесс. Здесь были сделаны начальные порции 100 мл и разбавляли партий 500 мл, как в полипропиленовых бутылок. </li></ol></li><li> Отложение Са 2 Nb 3 O 10 нанолисты ПРИМЕЧАНИЕ: Различные версии различных операционных параметров оборудования и доходности программного обеспечения. Пожалуйста, обратитесь к руководству по установке для всех вариантов. <ol><li> Чистку Вильгельми пластину промывкой дистиллированной водой и очистка с кислородной плазмы при высокой энергии, по крайней мере, 3 мин с каждой стороны. Храните Пластинка Вильгельми в дистиллированной водой сразу после этого. ПРИМЕЧАНИЕ: Если несколько отложения сделано последовательно, Wilhelmy пластина не должны рассматриваться с кислородом плазмы каждый раз. </li><li> Чистку желоб Ленгмюра-Блоджетт и два барьеров промывкой дистиллированной водой, щеткой с этанолом, снова промывки дистиллированной водой и сушки газообразным азотом. Убедитесь, что установка находится на столе антивибрационной защиты от вибраций, а в коробе, который может быть закрыт во время осаждения для защиты от потока воздуха и пыли. </li><li> Взять 50 мл из верхней части свежего nanosheet дисперсии с помощью шприца и медленно положить его в желоб. Убедитесь, что края желоба ибарьеры бесплатно капель. Примечание: Количество, необходимое для одного осаждения зависит от размера желоба. Поверхность воды должна быть несколько выше, чем по краям желоба, чтобы убедиться, что барьеры могут сжимать поверхности должным образом. </li><li> Пусть дисперсии отдых в течение 15 мин. </li><li> Выберем произвольную подложку, совместимого с водными растворами и очистить его должным образом. Прикрепите подложку к держателю установки LB и дать ему последний удар с газообразным азотом. Примечание: имейте в виду, что атомно-плоских пленок должны быть выращены на атомно-плоских поверхностей. Пример данных в этом отчете, были получены с кремниевых подложках, которые были очищены этанолом, струю сверхкритической CO 2 в течение 30 сек и кислорода плазмы при высокой энергии в течение 5 мин. </li><li> Установите держатель подложки для установки. Возьмите Пластинка Вильгельми, окуните его в корыто и тщательно прикрепите его к весне. Удалить капли из проволоки пластины с листом бумаги. &lt;/ Li&gt; <li> Опустите субстрат, пока он не коснется поверхности дисперсии nanosheet, установить высоту в программном обеспечении к нулю, и опустите подложку дальше до нужной глубины. Убедитесь, что держатель подложки не прикасайтесь к дисперсии nanosheet. </li><li> Установка поверхностного давления в программном обеспечении к нулю, и пусть дисперсии остаток в течение 15 мин. Через 15 мин давление на поверхность, как правило, достигает от 1 до 2 мН / м. Большие отклонения могут указывать на низкое качество после осаждения. </li><li> Установка поверхностного давления в программном обеспечении до нуля и начать первый этап осаждения путем перемещения барьеров со скоростью 3,0 мм / мин, чтобы медленно сжать поверхность. Убедитесь, что значение заданного давлени в программном обеспечении, что значительно выше ожидаемого максимального значения на этапе 2.2.10 (т.е. 20 мН / м). </li><li> Монитор развитие поверхностного давления и площади поверхности. Подождите, пока увеличение давления не сильно замедляется и из подходов давлениеš своего максимума. Убедитесь, что барьеры никогда не достигают Пластинка Вильгельми. Максимальное давление, как правило, достигает 15,0 до 18,0 мН / м, но это не является ни абсолютным, ни постоянное значение. </li><li> Введите достигнутое значение в качестве целевого давления, установите высоту Медведица с фактическим значением и начать второй этап осаждения путем удаления подложки из дисперсии со скоростью 1,0 мм / мин. Монитор поверхностное давление. </li><li> Снимите Пластинка Вильгельми, когда осаждение завершено, промойте его дистиллированной водой и храните его в дистиллированной водой снова. </li><li> Снимите подложку после того, как полностью высохнет. </li><li> Для многослойной осаждения, разлагаются органические остатки от предыдущего слоя. Это может быть сделано, например, путем нагрева до 600 ° С в микроволновой печи в течение 30 мин или ультрафиолетового облучения в течение 30 мин. Повторите протокол, начиная с шага 2.2.2, но не чистить субстрат, чем с ударом газообразного азота. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Schlom, D. G., Chen, L. -. Q., Pan, X., Schmehl, A., Zurbuchen, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Thin+Film+Approach+to+Engineering+Functionality+into+Oxides.">A Thin Film Approach to Engineering Functionality into Oxides.</a> J. Am. Ceram. Soc. 91 (8), 2429-2454 (2008).</li><li>Schlom, D. G., Chen, L. -. 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=Elastic+strain+engineering+of+ferroic+oxides.">Elastic strain engineering of ferroic oxides.</a> MRS Bulletin. 39 (2), 118-130 (2014).</li><li>Rijnders, G., Blank, D. H. A., Choi, J., Eom, C. -. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+surface+diffusion+through+termination+conversion+during+epitaxial+SrRuO3+growth.">Enhanced surface diffusion through termination conversion during epitaxial SrRuO3 growth.</a> Appl. Phys. Lett. 84 (4), 505 (2004).</li><li>Bachelet, R., Sa&#769;nchez, F., Santiso, J., Munuera, C., Ocal, C., Fontcuberta, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Assembly+of+SrTiO3+(001)+Chemical-Terminations:+A+Route+for+Oxide-Nanostructure+Fabrication+by+Selective+Growth.">Self-Assembly of SrTiO3 (001) Chemical-Terminations: A Route for Oxide-Nanostructure Fabrication by Selective Growth.</a> Chem. Mater. 21 (12), 2494-2498 (2009).</li><li>Kuiper, B., Blok, J. L., Zandvliet, H. J. W., Blank, D. H. A., Rijnders, G., Koster, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-organization+of+SrRuO3+nanowires+on+ordered+oxide+surface+terminations.">Self-organization of SrRuO3 nanowires on ordered oxide surface terminations.</a> MRS Communications. 1 (1), (2011).</li><li>Ocal, C., Fontcuberta, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tailored+surfaces+of+perovskite+oxide+substrates+for+conducted+growth+of+thin+films.">Tailored surfaces of perovskite oxide substrates for conducted growth of thin films.</a> Chem Soc Rev. 43 (7), 2272-2285 (2014).</li><li>Kawasaki, M., Takahashi, 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=Atomic+Control+of+the+SrTiO3+Crystal+Surface.">Atomic Control of the SrTiO3 Crystal Surface.</a> Science. 266 (5190), 1540-1542 (1994).</li><li>Koster, G., Kropman, B. L., Rijnders, G. J. H. M., Blank, D. H. A., Rogalla, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quasi-ideal+strontium+titanate+crystal+surfaces+through+formation+of+strontium+hydroxide.">Quasi-ideal strontium titanate crystal surfaces through formation of strontium hydroxide.</a> Appl. Phys. Lett. 73, 2920 (1998).</li><li>Kleibeuker, J. E., Koster, G., 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=Atomically+Defined+Rare-Earth+Scandate+Crystal+Surfaces.">Atomically Defined Rare-Earth Scandate Crystal Surfaces.</a> Adv. Funct. Mater. 20 (20), 3490-3496 (2010).</li><li>Kleibeuker, J. E., Kuiper, B., 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=Structure+of+singly+terminated+polar+DyScO3+(110)+surfaces.">Structure of singly terminated polar DyScO3 (110) surfaces.</a> Physical Review B. 85, 165413 (2012).</li><li>Ma, R., Sasaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanosheets+of+oxides+and+hydroxides:+Ultimate+2D+charge-bearing+functional+crystallites.">Nanosheets of oxides and hydroxides: Ultimate 2D charge-bearing functional crystallites.</a> Adv Mater. 22 (45), 5082-5104 (2010).</li><li>Shibata, T., Ohnishi, T., 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=Well-Controlled+Crystal+Growth+of+Zinc+Oxide+Films+on+Plastics+at+Room+Temperature+Using+2D+Nanosheet+Seed+Layer.">Well-Controlled Crystal Growth of Zinc Oxide Films on Plastics at Room Temperature Using 2D Nanosheet Seed Layer.</a> J. Phys. Chem. C. 113 (44), 19096-19101 (2009).</li><li>Shibata, T., Fukuda, K., Ebina, Y., Kogure, T., Sasaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-Nanometer-Thick+Seed+Layer+of+Unilamellar+Nanosheets+Promotes+Oriented+Growth+of+Oxide+Crystal+Films.">One-Nanometer-Thick Seed Layer of Unilamellar Nanosheets Promotes Oriented Growth of Oxide Crystal Films.</a> Adv Mater. 20 (2), 231-235 (2008).</li><li>Kikuta, K., Noda, K., Okumura, S., Yamaguchi, T., Hirano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Orientation+control+of+perovskite+thin+films+on+glass+substrates+by+the+application+of+a+seed+layer+prepared+from+oxide+nanosheets.">Orientation control of perovskite thin films on glass substrates by the application of a seed layer prepared from oxide nanosheets.</a> J. Sol-Gel Sci. Technol. 42 (3), 381-387 (2007).</li><li>Nijland, M., Kumar, S., 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=Local+control+over+nucleation+of+epitaxial+thin+films+by+seed+layers+of+inorganic+nanosheets.">Local control over nucleation of epitaxial thin films by seed layers of inorganic nanosheets.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 6 (4), 2777-2785 (2014).</li><li>Li, B., Osada, 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=Engineered+Interfaces+of+Artificial+Perovskite+Oxide+Superlattices+via+Nanosheet+Deposition+Process.">Engineered Interfaces of Artificial Perovskite Oxide Superlattices via Nanosheet Deposition Process.</a> ACS Nano. 4 (11), 6673-6680 (2010).</li><li>Osada, M., Akatsuka, 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=Robust+high-K+response+in+molecularly+thin+perovskite+nanosheets.">Robust high-K response in molecularly thin perovskite nanosheets.</a> ACS Nano. 4 (9), 5225-5232 (2010).</li><li>Li, B. -. W., Osada, M., Akatsuka, K., Ebina, Y., Ozawa, T. C., Sasaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution-Based+Fabrication+of+Perovskite+Multilayers+and+Superlattices+Using+Nanosheet+Process.">Solution-Based Fabrication of Perovskite Multilayers and Superlattices Using Nanosheet Process.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 50 (9), (2011).</li><li>Osada, M., Sasaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exfoliated+oxide+nanosheets:+new+solution+to+nanoelectronics.">Exfoliated oxide nanosheets: new solution to nanoelectronics.</a> J. Mater. Chem. 19, 2503 (2009).</li><li>Geim, A., Novoselov, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+rise+of+graphene.">The rise of graphene.</a> Nat Mater. 6, 183-191 (2007).</li><li>Zhang, H., Loh, K. 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=Surface+modification+studies+of+edge-oriented+molybdenum+sulfide+nanosheets.">Surface modification studies of edge-oriented molybdenum sulfide nanosheets.</a> Langmuir. 20 (16), 6914-6920 (2004).</li><li>Manga, K. K., Zhou, Y., Yan, Y., Loh, K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayer+Hybrid+Films+Consisting+of+Alternating+Graphene+and+Titania+Nanosheets+with+Ultrafast+Electron+Transfer+and+Photoconversion+Properties.">Multilayer Hybrid Films Consisting of Alternating Graphene and Titania Nanosheets with Ultrafast Electron Transfer and Photoconversion Properties.</a> Adv. Funct. Mater. 19 (22), 3638-3643 (2009).</li><li>Ebina, Y., Sasaki, T., Watanabe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+on+exfoliation+of+layered+perovskite-type+niobates.">Study on exfoliation of layered perovskite-type niobates.</a> Solid State Ionics. 151 (1-4), 177-182 (2002).</li><li>Koster, G., Rijnders, G., Blank, D. H. A., Rogalla, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+morphology+determined+by+(001)+single-crystal+SrTiO3termination.">Surface morphology determined by (001) single-crystal SrTiO3termination.</a> Physica C: Superconductivity. 339 (4), 215-230 (2000).</li><li>Kuiper, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Size effects in epitaxial oxide thin films [PhD thesis]. , (2014).</li><li>Boschker, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Perovskite oxide heteroepitaxy [PhD thesis]. , (2011).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Наиболее важным аспектом всех перовскита лечения оксида субстрат чистота работы. Поверхностные загрязнения предотвратить травление областей подложки, в то время как нежелательные реакции во время отжига может легко повредить поверхность. Порядок разных этапах важно, как хорошо. При лечении DyScO 3, этап отжига должна быть выполнена перед стадией травления, так после отжига приводит к нежелательному Dy диффузии из объема к поверхности подложки. После травления в 12 М раствора NaOH, раствор 1 М всегда должны быть использованы для того, чтобы предотвратить осаждение гидроксида диспрозия комплексов на поверхности подложки. Замачивание в воде необходимо для SrTiO 3 режима, чтобы hydroxylize СРО. Таким образом, короткое время травления может быть использован, который предотвращает повреждение поверхности из-за неконтролируемого травления. Погружение в воде необязательный шаг в случае DyScO <sub&gt; 3 лечение. Этот шаг просто копируется из схемы лечения SrTiO 3 и не будет иметь никакого значения в лечении. Шаги отжига необходимы для улучшения кристалличности поверхности. Указанные времена отжига для DyScO 3 и SrTiO 3 процедуры времена, что, в среднем, приводящие к четко определенных шагов выступами. Тем не менее, иногда время отжига должна быть увеличена для подложек с низким углом разориентации всей, то есть, с более широкими террасах. Увеличенная длина диффузии, то требуется для поверхностных атомов, чтобы найти оптимальные места. В случае SrTiO 3, слишком долгое время отжига может вызвать нежелательные диффузии Sr атомов из объема к поверхности. Это второе окончание можно наблюдать в морфологии поверхности по внешнему виду прямых ступенчатых краев и квадратных отверстий, как описано в разделе репрезентативные результаты. В этом случае, обработка поверхности сповторяться, но конечный этап отжига должна быть выполнена при 920 ° С в течение 30 мин 26. Методы, описанные в этом протоколе самые успешные методы (001) SrTiO 3 и редких scandates земле, но применимы только этих субстратов. Тем не менее, методы других субстратов должны быть приспособлены для точной химии поверхности. Это также необходимо, когда субстраты с другими ориентациями используются, или когда-сайт, а не о прекращении B-сайте желательно. Обзор существующих процедур можно найти в Санчес и др., 6 и Schlom др. 2 Что касается семян слоев нанолистов, нежные части процесса, чтобы получить высокое качество nanosheet дисперсии и предотвращения загрязнения в процессе осаждения. Расслоение слоистой исходного соединения в однослойных нанолистов путем добавления громоздких органических ионов происходит легко, но нанолисты тенденцию собиратьсяв дисперсии и таких агрегатов будет препятствовать отложению однородных монослоев. Таким образом, очень важно, чтобы оставить свеже разбавленной дисперсии в покое в течение не менее 24 ч перед использованием и не использовать нижнюю часть дисперсии. Это оставляет время для крупных агрегатов для проведения расчетов и верхняя часть дисперсии станет относительно чистой. Так продолжается агрегации будет постоянно ухудшаться дисперсию, использовать в течение одной недели после разбавления рекомендуется. Пожалуйста, обратите внимание, что происходит градиент концентрации nanosheet по всему объему дисперсии вызывает некоторые изменения в значениях поверхностного давления в процессе осаждения LB, в зависимости от локальной концентрации nanosheet в объеме, взятой из фондового дисперсии. Кроме того, осаждение фунтах на основе поверхностно-активных молекул и, следовательно, очень чувствительны к загрязнениям и движения. Тщательная очистка установки и Вильгельми пластины (предпочтительно с моющими средствами, предназначенные только для этой установки) и защиты AGив потоке воздуха и вибрации очень важны. Концепция создания семян слой нанолистов на произвольных подложек путем осаждения LB является ценным инструментом в области роста тонких пленок. Атомно идеальным поверхность нанолистов дает высокое качество эпитаксиальных пленок, в принципе, любой фильм материал с подходящей параметры решетки. Нанолистов могут быть нанесены практически на любой материал подложки и, таким образом, другие материалы можно заменить относительно дорогие и размер ограниченных монокристаллических подложек. Способ Б. дает nanosheet осаждения в монослоев с высокой управляемости, что, как правило, не может быть достигнута другими традиционными методами, как электрофоретического осаждения или флокуляции. 11 Тем не менее, узким местом в степени совершенства затравочного слоя. Высокие фильм качества на больших площадях, необходимых для надежного применения в функциональных устройств и на сегодняшний день, это не было достигнуто. Чтобы внести нанолисты сИдеально покрывает и предпочтительно также контролировать их в плоскости ориентации являются основными проблемами в этой области. Тем не менее, текущее состояние искусства уже доказано, что ценный инструмент в научных исследованиях.

Много исследований проводится на эпитаксиальных тонких пленок и гетероструктур сложных оксидов из-за широкого спектра функциональных свойств, которые могут быть получены путем настройки состава и структуры материалов. В связи с развитием нескольких методов роста, в настоящее время это можно сделать большой диапазон пленок с композициями и кристаллических качеств, которые не могут быть достигнуты в объеме. 1 Вместе с тем, что свойства этих материалов сильно анизотропным, это делает, что в эпитаксиальных наблюдаются фильмы явления и функции, которые не получили в большом объеме. Кроме того, эпитаксиальных процедить и создание гетероструктур можно использовать для получения новых или усовершенствованных свойств. 2 Для того, чтобы расти эпитаксиальных пленок и гетероструктур с заданными свойствами, подложки с четко определенными поверхностей требуется. Местные различия в химии поверхности или морфологии вызвать неоднородное пucleation и рост, что приводит к нежелательных дефектов и границ зерен в пленке. Кроме того, интерфейс между пленкой и подложкой, играет важную роль в определении свойств из-за ограниченной толщины пленки. Это означает, что подложки необходимо, чтобы гладкие и однородным на атомном уровне. Этот критерий трудно достичь, когда использовались подложки, что, естественно, не имеют четко определенных поверхностей, например, другие сложные оксиды. С этой точки зрения, перовскита оксидов являются одним из наиболее изученных материалов подложки. Перовскита оксидов могут быть представлены общей формулой ABO 3, в которой А и В стоять для ионов металлов. Почти все металлы могут быть включены в месте А или В, что дает возможность изготавливать широкий ассортимент различных подложках. Универсальность материала подложки позволяет настроить свойства пленки, выращенной на нем, настраивая деформации прикладного эпитаксиальногоD структуру на границе. Тем не менее, рост на этих субстратов не просто из-за неоднозначного характера перовскита поверхности, что особенно заметно в (001) ориентированных подложках. В (001), перовскиты можно рассматривать как чередующихся слоев АО и ВО 2. Когда (001) ориентированных подложка выполнена путем расщепления из большего кристалла, как оксиды присутствуют на поверхности. Это явление показано на Рисунке 1. Поскольку кристалл не бывает идеально расщепляется вдоль плоскости (001), поверхность формы, состоящие из террас с перепадами высот ячейка. Тем не менее, различия по высоте в половину элементарной ячейки существуют также, что указывает на присутствие обоих типов поверхностных окончаний. Важно иметь отдельные прекращено перовскита субстраты для роста сплошной пленки с однородными свойствами, как было показано, в частности для роста перовскита оксидных пленок. Прекращение может вызвать большую разницу в росте кinetics, что приводит к росту прерывистых пленок 3 - 5. Кроме того, порядок наложения должен быть похож по полной границе раздела пленка-подложка, так интерфейсы АО-B&#39;O может иметь совершенно разные свойства, чем интерфейсы БО-A&#39;O. 6 Первый успешный метод для получения одной прекращается перовскита поверхность оксида была разработана для SrTiO 3 (001) ориентированных подложках. Kawasaki и др. 7 введен мокрым способом травления, который позже был смягчены путем Костер и др. 8 Метод заключается в повышении чувствительности СРО к кислой травления гидроксилировать этого оксида в воде, а затем короткий травления в буферном фтористого водорода (BHF). Последующий отжиг для увеличения кристалличности дает атомно-гладкой поверхности были только TiO 2 присутствует. Позже, способ получения однократной прекращено редкие scandates земли был разработанс использованием более высокую растворимость оксидов редкоземельных сравнению с scandates в щелочном растворе. Этот метод был особенно описано в орторомбической (110) ориентированной DyScO 3, и было показано, что можно получить полностью scandate концевыми поверхностями. 9,10 методов получения таких отдельных прекращается SrTiO 3 и DyScO 3 субстраты, описанные в данном Протокол. Хотя значение отдельных подложках кристаллического перовскита ясно, альтернативно, произвольные подложки без подходящих кристаллических структур могут быть использованы для эпитаксиального роста пленки, а также. Основания, которые непригодны для эпитаксиального роста пленок сами по себе могут быть сделаны в подходящих шаблонов, покрывая их слоем нанолистов. Нанолистов по существу двухмерные монокристаллы, толщиной в несколько нанометров и с поперечным размером в диапазоне микрометра 11, и, таким образом, обладают способностью направлять эпитаксиальный рост гов фильмах. По нанесения слоя нанолистов на произвольном подложки, слой семян создается для ориентированного роста любого пленочного материала с соответствие параметров решетки. Этот подход был отмечен успешным для ориентированного роста, например ZnO, TiO 2, SrTiO 3, Сорокопутовые танагры 3, Pb (Zr, Ti) O 3 и SrRuO 3 12 - 15. При использовании нанолисты, относительно высокие цены и ограничений по размеру регулярных монокристаллических подложек можно избежать, и нанолисты могут быть нанесены практически на любой материал подложки. Нанолистов, как правило, получают путем отслаивания слоистой исходного соединения в его отдельных слоев с их определенной толщины, определяемой кристаллической структуры исходного соединения. 11 Расслоение может быть достигнуто в водной среде путем обмена ионов межслойной металлов в исходном соединении с объемистым органические ионы, что вызывает структурунабухать и, в конечном счете расслаиваться в однослойных нанолистов. Это приводит к коллоидной дисперсии заряженных нанолистов, которые окружены противоположно заряженных органических ионов. Схематическое представление процесса расслаивания показано на рисунке 2 в настоящем Протоколе, Ca 2 Nb 3 O 10 -. Нанолисты были использованы в качестве модельной системы, и они могут быть получены из перовскита исходного соединения HCA 2 Nb 3 O 10. Ca 2 Nb 3 O 10 - нанолисты есть в плоскости параметров решетки почти равные с SrTiO 3 и отображения атомно-гладкую, единую прекращается поверхность. Поэтому, высокое качество пленки могут быть выращены на отдельных нанолистов. После того, как водную дисперсию нанолистов получают, они могут быть нанесены на подложку произвольной по Ленгмюра-Блоджетт (LB) осаждения. Этот метод позволяет осаждения nanosheet в монослоев с высокой управляемости, что гenerally не может быть достигнута другими традиционными методами, как электрофоретического осаждения или флокуляции. 11 Органические ионы, окружающие нанолисты являются поверхностно-активные молекулы, и, как правило, диффундируют к поверхности дисперсии, создавая монослой плавающих нанолистов. Это монослой могут быть сжаты в плотной упаковке и осаждают на подложку произвольной. Схематическое представление процесса осаждения показано на рисунке 3; Поверхность охват более 95%, как правило, достижима 15 - 18, и это происходит, главным образом, без укладки нанолистов или перекрывающихся краев. Многослойные может быть получено путем повторного осаждения. В настоящем протоколе Ca 2 Nb 3 O 10 - нанолисты были использованы в качестве модельной системы, но принцип использования нанолисты качестве затравки слоя для эпитаксиального роста пленок более широкое применение. Хотя оксида нанолисты получить болееВнимание как слои семян в литературе, понятие может быть распространено на не-оксидных нанолистов таких как BN, GaAs, TIS 2, ZnS и MgB 2, а. Кроме того, поскольку нанолисты наследуют состав их исходного соединения, различные функциональные может быть вставлена ​​с помощью соответствующей конструкции материнской структуры. В дополнение к их использованию в качестве семян слоя для ориентированного роста пленки, широкий выбор нанолистов оказался ценным инструментов в изучении фундаментальных свойств материала и техники новые функциональные структуры 11,19 - 22. Этот протокол показаны экспериментальные процедуры для получения различных типов шаблонов для эпитаксиальных оксидных рост тонких пленок. Полные процедуры получения четко определенной единой прекращается SrTiO 3 и DyScO 3 субстраты описаны, а также процедуру для изготовления Ca 2 Nb 3 O 10 - слои nanosheet на arbitrarу подложек.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1701">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:127px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:1239px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">tetra-n-butyl ammonium hydroxide (40 wt% aq)</td>
			<td style="width:127px;">Alfa Aesar</td>
			<td>L02809</td>
			<td>corrosive</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Langmuir Blodgett setup (incl trough, barriers, Wilhelmy plate, frame etc)</td>
			<td style="width:127px;">KSV NIMA</td>
			<td>see catalogue behind link for multiple options</td>
			<td>http://www.ksvnima.com/file/brochures-2/ksvnimallbaccessoryandmodules 
			23-8-2013.pdf</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:216px;">Buffered hydrogen fluoride (NH4F:HF = 87.5:12.5)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right">40207</td>
			<td>Hazard statements: H301-H310-H314-H330, precautionary statements: P260-P280-P284-P301 + P310-P302 + P350-P305 + P351 + P338</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NaOH (reagent grade)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>S5881&#160;</td>
			<td>Hazard statements: H290-H314, precautionary statements:&#160; P280-P305 + P351 + P338-P310 , product purchased as pellets, the 12 and 1 M solutions should be made from these pellets.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Tube furnace (Barnstead 21100)</td>
			<td style="width:127px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>Z229725</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">STO and DSO substrates</td>
			<td style="width:127px;">CrysTec GmbH, Germany</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>www.crystec.de, size used 5 x 5 x 0.5 mm3</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films

Атомарной определенные поверхности подложки являются предпосылкой для эпитаксиального роста сложного оксида тонких пленок. В этом протоколе, два подхода, чтобы получить такие поверхности описываются. Первый подход состоит в подготовке отдельных прекращено перовскита SrTiO 3 (001) и DyScO 3 (110) подложках. Влажного травления был использован для селективного удаления одного из двух возможных поверхностных окончаний, в то время как этап отжига использовали для повышения гладкости поверхности. Полученные единичные прекращено поверхности позволяют гетероэпитаксиального роста перовскита оксидов тонких пленок с высоким качеством кристаллической и четко определенными интерфейсами между подложкой и пленкой. Во втором подходе, семена слои для эпитаксиального роста пленок на произвольных подложек были созданы Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) осаждения нанолистов. Как модель системы Ca 2 Nb 3 O 10 - нанолисты были использованы, подготовленный отслоения их слоистой исходного соединенияHCA 2 Nb 3 O 10. Ключевым преимуществом создания семенных слои нанолистов в том, что относительно дорогими и ограниченными размер монокристаллических подложек могут быть заменены практически из любого материала подложки.

Watch this Scientific Journal Video about Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films at JoVE.com

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Различные процедуры описаны подготовить атомно определенные шаблоны для эпитаксиального роста сложных оксидных пленок. Химические обработки монокристаллических SrTiO 3 (001) и DyScO 3 (110) подложки были выполнены, чтобы получить атомно-гладкие, одноместные прекращено поверхности. Ca 2 Nb 3 O 10 - нанолисты были использованы для создания атомно определенные шаблоны на произвольных поверхностей.

Атомно шаблонов, для эпитаксиального роста сложного оксида тонких пленок

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

К Biomimicking Вуд: сварная свободно стоящие фильмы Nanocellulose, лигнин, и синтетический поликатиона

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and ...

Reductive Electropolymerization of a Vinyl-containing Poly-pyridyl Complex on Glassy Carbon and Fluorine-doped Tin Oxide Electrodes

Восстановительное электрополимеризации из винила, содержащие поли-пиридил комплекса на стеклоуглерод и легированного фтором оксида олова Электроды

Controllable electrode surface modification is important in a number of fields, especially those with solar fuels applications. Electropolymerization is ...

Cooling Rate Dependent Ellipsometry Measurements to Determine the Dynamics of Thin Glassy Films

Охлаждение скоростью, зависящей эллипсометрии измерений для определения динамики тонких пленок стеклообразных

This report aims to fully describe the experimental technique of using ellipsometry for cooling rate dependent Tg (CR-Tg) experiments. These measurements ...

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

Подготовка МАКРОПОРИСТОГО эпитаксиальных пленок кварца на кремнии химический раствор осаждения

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

Фотохимические Окислительный Рост Iridium наночастиц оксида на CdSe @ CdS наностержней

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

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

Эпитаксиального роста перовскита титаната стронция на германии с помощью атомного слоя осаждения

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

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

Synthesis of a Water-soluble MetalÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œOrganic Complex Array

Синтез растворимой в воде металлоорганические сложный комплекс

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

Capillary Electrophoresis to Monitor Peptide Grafting onto Chitosan Films in Real Time

Капиллярный электрофорез Контролировать Peptide прививкой на хитозана пленок в режиме реального времени

Free-solution capillary electrophoresis (CE) separates analytes, generally charged compounds in solution through the application of an electric field. ...

Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

Решение обработано «Серебро висмут йод» тройных тонких пленок для свинца фотоэлектрических амортизаторы

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

Расплавленной соли синтеза наночастиц сложных оксидов металлов

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...