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. Klar Sr og Ti forløpere for ALD Experiments <ol><li> Last den rene, tørre luftfuktere og nye forløpere inn i vestibylen av en hanskerommet. Følg hanskerommet laste prosedyre for å sikre riktig sletting av luft og fuktighet. Overføre materialet inn i hovedkammeret. Merk: Denne gruppen bruker in-house bygget luftfuktere (se figur 3) med komponenter som kjøpes kommersielt. Detaljer om metnings montering kan bli funnet i Liste over spesifikke reagenser og utstyr. </li><li...

<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>

Renhold av Ge underlaget er nøkkelen til suksess når det vokser epitaxial perovskitt hjelp ALD. Tiden en Ge substrat tilbringer mellom avfetting og deoxidization, og hvor mye tid mellom deoxidization og STO deponering, bør holdes på et minimum. Prøvene er fortsatt gjenstand for forurensning eksponering selv under UHV miljø. Langvarig eksponering kan føre til gjenavsetning av adventitious karbon eller Ge reoksydasjon, noe som resulterer i dårlig filmvekst. Denne gruppen har ansatt en mye brukt avfetting prosedyre...

Perovskitt materialer blir stadig mer attraktivt på grunn av sin svært symmetrisk kubikk eller pseudocubic struktur og myriade av eiendommer. Disse materialer, med den generelle formel ABO 3, bestå av A-atomer koordinert med 12 oksygenatomer og B-atomer koordinert med seks oksygenatomer. På grunn av sin enkle konstruksjon, men likevel lang rekke mulige elementer, perovskitt materialer gir ideelle kandidater for hetrostruktur enheter. Epitaxial oksid hetero skryte ferromagnetisk, 1-3 anti / ferro, 4 multiferroic, 5-8 superledende, 7 -. 12 og magnetoresistive funksjonalitet 13,14 Mange av disse attraktive elektroniske egenskaper er grense og således avhengig av rene, brå overganger mellom materialer. De nesten identisk struktur og gitter konstanter delt mellom medlemmene av perovskitt familien tillate utmerket lattice samsvarende og derfor høy kvalitet grensesnitt. Lett gitter-tilpasset hverandre, samt noen halvledere, perovskitt oksider blir nå slått til i neste generasjons metall-oksid-halvlederelektronikk. Monolithic integrering av krystallinske oksider med silisium, først demonstrert med perovskitt strontium titanate, SrTiO 3 (STO), av McKee og kolleger, 15 var en monumental skritt mot realisering av elektroniske enheter med perovskitt-semiconductor innlemmelse. Molekylær stråle epitaksi (MBE) er den primære metode for epitaksiale vekst av oksyder av silisium på grunn av lag-på-lag vekst så vel som den avstembare oksygenpartialtrykket er nødvendig for å få tak amorft, grenseflate SiO 2 formasjonen 16 -. 19 Typisk MBE vekst av STO på Si (001) oppnås ved Sr-assistert deoksidering av SiO 2. Under de ultra-høy vakuum (UHV) forhold, er SrO flyktig og sublagt termisk fordampning. Siden SrO er termodynamisk foretrekkes fremfor strontiummetall og SiO 2, avsetning av Sr rensker oksygen fra SiO to lag, og det resulterende SrO fordamper fra overflaten. Under denne prosessen silisiumoverflaten opplever en 2 x en rekonstruksjon ved overflaten som danner rader av dimeriserte silisiumatomer. Beleilig, ½ enkeltlag (ML) dekning av Sr atomer på den rekonstruerte overflaten fyller hullene skapt av disse dimer rader. 20 ½ ML dekning gir et beskyttende lag som, med nøye kontroll av oksygentrykket, kan forebygge eller kontrollere grense SiO 2 dannelse under den påfølgende oksyd vekst 21 -. 23 i tilfelle av STO (og perovskitter med lignende gitter kamp), blir den resulterende gitter er rotert 45 ° i planet slik at (001) STO ‖ (001) Si, og (100) STO ‖ (110) Si, slik at registret mellom Si (3.84Å Si-Si avstand) og STO (a = 3,905 Å) med bare liten trykk belastning på STO. Dette registeret er nødvendig for høy kvalitet grensesnitt og de ønskede egenskaper de har. Silicon ble industrielt viktig på grunn av den høye kvaliteten på grense oksid, men SiO 2 bruk blir faset ut for materialer som kan tilsvarende ytelse til mindre funksjonen størrelser. SiO 2 erfaringer høye lekkstrømmer når ultra-tynn og dette minker enhetens ytelse. Etterspørselen etter mindre funksjonen størrelser kan bli møtt av perovskitt oksid filmer med høye dielektriske konstanter, k, som gir ytelse som tilsvarer SiO 2 og er fysisk tykkere enn SiO 2 med faktoren k /3.9. Videre alternative halvledere, som germanium, har potensial for raskere drift av enheten på grunn av høyere elektron og hull mobilitet enn silisium. 24,25 Germanium har også en interfacial oksid, Geo 2, men i motsetning til SiO 2, er det ustabilt og utsatt for termisk deoxidation. Således er 2 x en rekonstruksjon som kan oppnås ved enkel termisk gløding i henhold UHV, og et beskyttende lag Sr er unødvendig å hindre grenseflate-oksyd vekst i løpet av perovskitt avsetning. 26 Til tross for den tilsynelatende enkle vekst tilbys av MBE, atomlag nedfall (ALD) gir en mer skalerbar og kostnadseffektiv metode enn MBE for den kommersielle produksjon av oksydmaterialer. 27,28 ALD anvender doser av gassformige forløpere til substratet som er selv begrensende i deres reaksjon med substratoverflaten. Derfor, i en ideell ALD prosess, blir opptil en atomisk lag avsatt for en hvilken som forløper doseringssyklus og fortsatte dosering av den samme forløper vil ikke avsette ytterligere materiale på overflaten. Reaktiv funksjonalitet blir gjenopprettet med en ko-reaktant, ofte et oksydativt eller reduktivt forløper (f.eks, Vann eller ammoniakk). Tidligere arbeid har vist ALD veksten av ulike perovskitt filmer, for eksempel anatase TiO 2, SrTiO 3, Batio 3, og LaAlO 3, på Si (001) som hadde blitt bufret med fire-enhet-celle tykk STO dyrket via MBE. 29 - 34 rent MBE vekst av krystallinske oksider, ½ enkeltlag dekning av Sr på ren Si (001) er nok til å gi en barriere mot SiO 2-formasjon under press innfødte til teknikken (~ 10 -7 Torr). Imidlertid, under typiske ALD driftstrykk på ~ 1 Torr, har tidligere arbeid vist at fire enhetsceller av STO er nødvendig for å unngå oksydasjon av Si overflate. 29 Prosedyren beskrevet her utnytter ustabilitet GEO 2 og oppnår monolittisk integrasjon av STO på germanium via ALD uten behov for en MBE-vokst buffer lag. 26 Videre Ge-Ge interatomic avstand (3,992 Å) på sin (en00) overflate gir en analog epitaksiale register med STO som er observert med Si (001). Selv om fremgangsmåten som presenteres her er spesifikk for STO på Ge, kan små endringer tillate monolittisk integrering av en rekke perovskitt filmer på germanium. Faktisk direkte ALD vekst av krystallinsk SrHfO 3 og Batio 3 filmer har blitt rapportert på Ge. 35,36 Andre muligheter inkluderer potensialet gate oksid, SrZr x Ti 1-x O 3. 37 Endelig bygger på tidligere studier av ALD perovskitt vekst på en fire-enhetscelle STO film på Si (001) 29-34 tyder på at noen film som kan dyrkes på STO / Si plattformen kunne dyrkes på en ALD-vokst STO buffer film på Ge, som LaAlO 3 og LaCoO 3. 32,38 De mange eiendommer som er tilgjengelige for oksid hetero og slående likhet mellom perovskitt oksider foreslå denne prosedyren kan brukes to studie tidligere vanskelige eller umulige vekst kombinasjoner med et slikt industrielt levedyktig teknikk. Figur 1 viser skjematisk av vakuumsystemet, som omfatter ALD, MBE, og analysekamre forbundet ved hjelp av en 12-fots overføringsledningen. Prøvene kan overføres i vakuum mellom hvert kammer. Grunnlinjen trykket i overføringsledningen holdes på omtrent 1,0 x 10 -9 Torr ved tre ion pumper. Den kommersielle vinkel løst ultrafiolett og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) system opprettholdes med en ione-pumpe slik at trykket i analysekammeret holdes ved omtrent 1,0 x 10 -9 Torr. Den ALD reaktoren er en rektangulær spesialbygd rustfritt stålkammer med et volum av 460 cm 3 og lengde på 20 cm. En skjematisk av ALD reaktoren er vist i figur 2. Reaktoren er en varm vegg, kontinuerlig kryssningstypen reaktoren.Prøvene plasseres i reaktoren har en klaring på 1,7 cm mellom den øvre overflate av substratet og kammertaket og 1,9 cm mellom bunnen av substratet og kammerets gulv. En varmekabel, drevet av en separat strømtilførsel, er viklet rundt kammeret fra innløpet til omtrent 2 cm ut over utblåsningsåpningen og gir temperaturstyring av reaktorveggene. En temperaturregulator justerer krafttilførselen til varmetape i samsvar med en temperaturmåling tatt ved en termisk par plassert mellom varmekabel og utvendig reaktorveggen. Reaktoren deretter helt innpakket med tre ekstra oppvarming bånd av konstant strøm levert av en variac, og et siste lag med glassfiber ull med aluminiumsfolie dekker gir isolasjon for å fremme jevn oppvarming. Utgangseffekten fra variac er justert slik at tomgangskjøring temperaturen (når den dedikerte strømtilførselen er slått av) i reaktoren er ca. 175 ° C. Reaktoren er passivt avkjølt via luften. Substratet Temperaturen blir beregnet ved bruk av lineær-fit ligning (1), hvor T s (° C) er temperaturen på substratet og T c (° C) er temperaturen i reaktorveggen, erholdt ved direkte måling av et substrat utstyrt med et termo. En temperaturprofil eksisterer langs strømningsretningen av kammeret på grunn av kulde sluseventil som forbinder reaktoren til overføringslinjen; temperaturprofilen vinkelrett på strømningsretningen er neglisjerbar. Temperaturprofilen bevirker en rikere Sr avsetning ved den fremre kant av prøven, men sammensetningen variasjonen langs prøven er liten (mindre enn en 5% forskjell mellom de fremre og bakre kanter av prøven) i henhold til XPS. 31. Eksos av reaktoren er forbundet med en turbomolecular pumpe og en mekanisk pumpe. Under ALD prosessen, blir reaktoren pumpes ved mekanisk pumpe for å opprettholde trykket på rundt 1 torr. Ellers av reaktorr trykk opprettholdes under 2,0 x 10 -6 Torr ved turbomolecular pumpen. (1) T s = 0.977T c + 3,4 MBE Kammeret holdes ved en baseline trykk på ca. 2,0 x 10 -9 Torr eller lavere ved en kryogenisk pumpe. Partialtrykket av ulike arter i MBE kammeret overvåkes av en restgass-analysator. Bakgrunnen trykk av H2 er omkring 1,0 x 10 -9 Torr, mens de av O 2, CO, N2, CO2 og H2O, er mindre enn 1,0 x 10 -10 torr. I tillegg er MBE kammeret er også utstyrt med seks effusjon celler, en fire-lomme elektronstråle fordamperen, en atom nitrogen plasmakilde og et atomært oksygen plasmakilde med høy presisjon piezoelektrisk lekkasje ventil, og et refleksjons høy energi elektrondiffraksjon (RHEED ) system for sanntids in situ vekst og krystallisering observasjoner. sample manipulator lar substratet varmes opp til 1000 ° C ved hjelp av en oksygen-resistente silisiumkarbid varmeapparatet.

<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.

Figur 5 og 6 viser typisk X-ray fotoelektron spektrene og RHEED bilder fra en renset og deoxidized Ge underlaget. En vellykket-deoxidized Ge underlaget er preget av sin &quot;smiley face&quot; 2 × en rekonstruert RHEED mønster. 26,39 I tillegg er Kikuchi linjer også observert i RHEED bilder, som indikerer renslighet og langtrekkende orden av prøven. 40 skarpheten og intensiteten av diffraksjon mønsteret også demonstrere rensli...

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

Dette arbeidet detaljer prosedyrene for vekst og karakterisering av krystallinsk SrTiO tre direkte på germanium underlag ved atom lag deponering. Fremgangsmåten viser evnen til en all-kjemisk vekst metode for å integrere oksyder monolittisk på halvledere for metall-oksyd-halvlederkomponenter.

Epitaxial Vekst av Perovskite strontium titanate på Germanium via Atomic Layer Nedfall

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

Utarbeidelse av hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Nedfall av Perfluoroalkanes for fjerning av ammoniakk

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

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically Definerte Maler for epitaksiale Vekst av 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 ...

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

Syntese og reaksjon Kjemi til nanosize Monosodium titanate

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

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

Lag-på-lag Syntese og overføring av Frittstående Conjugated mikroporøse Polymer Nanomembranes

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

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

Forbedret hetero Kvalitet i Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O-baserte solceller gjennom optimalisering av Atmosfærisk trykk Spatial Atomic Layer Deponert<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

Utarbeidelse av macroporous epitaxial Quartz Spillefilmer på Silicon ved kjemisk løsning Nedfall

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

Påvirkning av Hybrid perovskitt fabrikasjon metoder på filmdannelse, Elektronisk struktur og Solar Cell Ytelse

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

Reaktiv damp deponering av konjugert Polymer filmer på vilkårlig underlag

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

Deponering av porøse Sorbents på stoff støtter

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 syntese av MIL-96 og UiO-66-NH2 på Atomic lag avsatt metalloksid belegg på Fiber Mats

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