Name: epitaxial growth of perovskite strontium titanate on germanium via atomic layer deposition
Uploaded: 2016-07-26T14:00:00
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).

1. הכנת SR ו Ti מבשר לניסויים תלדו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טענת את האד הנקי ויבש ומבשר חדש לחדר המבוא של תא הכפפות. בצע את ההליך טוען הכפפה של התיבה כדי להבטיח טיהור נאותה של אוויר ורטיבות. מעבירים את החומרים לתוך האולם הראשי. הערה: ק?...

<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>

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

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

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="963">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:285px;">MBE</td>
			<td style="width:235px;">DCA</td>
			<td style="width:143px;">M600</td>
			<td style="width:301px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Cryopump for MBE</td>
			<td>Brooks Automation, Inc.</td>
			<td>On-Board 8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Residual Gas Analyzer for MBE</td>
			<td>Extorr, Inc.</td>
			<td>XT200M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ALD Reaction Chamber</td>
			<td>Huntington Mechanical Laboratories</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom manufactured, hot-wall, stainless steel, rectangular (~20 cm long, 460 cm3)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD Saturator</td>
			<td>Swagelok/Larson Electronic Glass</td>
			<td>See comments</td>
			<td>Custom-built from parts supplied by Swagelok and Larson Electronic Glass. The saturator is made out of 316 stainless steel and Pyrex. All parts are connected via butt welding. Swagelok catalog numbers:SS-4-VCR-7-8VCRF, SS-4-VCR-1, SS-8-VCR-1-03816, SS-8-VCR-3-8MTW, 316L-12TB7-6-8, SS-8-VCR-9, SS-4-VCR-3-4MTW, SS-T2-S-028-20&#160; Larson Electronic Glass catalog number: SP-075-T</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Manual Valves for Saturators</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-DLVCR4-P and 6LVV-DPFR4-P.</td>
			<td>Both diaphragm-sealed valves are used interchangably by this group. The specific connectors (VCR male/female/etc.) to use will depend on the actual system design.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD Valves</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>6LVV-ALD3TC333P-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD System Tubing</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td></td>
			<td>316L tubing of various sizes. This group uses inner diameter of 1/4&#34;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD power supply</td>
			<td>AMETEK Programmable Power, Inc.</td>
			<td>Sorensen DCS80-13E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD Temperature Controller</td>
			<td>Schneider Electric</td>
			<td>Eurotherm 818P4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ALD Valve Controller&#160;</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>LabView</td>
			<td>Program developed within the group</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">XPS</td>
			<td>VG Scienta</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">RHEED</td>
			<td>Staib Instruments</td>
			<td>CB801420</td>
			<td>18 keV at ~3&#176; incident angle</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">RHEED Analysis System</td>
			<td>k-Space Associates</td>
			<td>kSA 400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Digital UV Ozone System</td>
			<td>Novascan</td>
			<td>PSD-UV 6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ozone Elimination System</td>
			<td>Novascan</td>
			<td>PSD-UV OES-1000D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Strontium bis(triisopropylcyclopentadienyl)</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td>HyperSr</td>
			<td>Mildly reactive to air and water. Further information supplied by Air Liquide can be found at https://www.airliquide.de/inc/dokument.php/standard/1148/airliquide-hypersr-datasheet.pdf</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Titanium tetraisopropoxide (TTIP)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>87560</td>
			<td>Flammable in liquid and vapor phase</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ge (001) wafer</td>
			<td>MTI Corporation</td>
			<td>GESBA100D05C1</td>
			<td>4&#34;, single-side polished Sb-doped wafer with &#961; &#8776; 0.04 &#937;-cm</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Argon (UHP)</td>
			<td>Praxair</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Deionized Water</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>18.2 M&#937;-cm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

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

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

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

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

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

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

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

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

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

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

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

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

כימית סינתזת תגובה של nanosize מונוסודיום Titanate

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

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

סינתזה והעברה של אוב Nanomembranes פולימר Microporous Conjugated שכבה אחר שכבה

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

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

איכות heterojunction משופר ב Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O מבוסס תאים סולריים באמצעות אופטימיזציה של לחץ האטמוספרה אטומי שכבת מרחבים שהופקדה<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O ...

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

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

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

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

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

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

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

בתצהיר אדים תגובתי של סרט פולימרי מצומדת על מצעים שרירותי

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

Deposition of Porous Sorbents on Fabric Supports

הפקדת סופגים נקבובי על בד תומך

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

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

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

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

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