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. Förbereda Sr och Ti prekursorer för ALD Experiment <ol><li> Fyll de rena, torra saturatorer och nya prekursorer i förmak en handskfacket. Följ handskfacket lastningsförfarande för att säkerställa korrekt rensning av luft och fukt. Överföra material in i huvudkammaren. Obs: Denna grupp använder internt byggt saturatorer (se figur 3) med komponenter som köps kommersiellt. Uppgifter om mättnadsenheten kan hittas i listan över specifika reagenser och utrustning. </...

<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>

Städning av GE-substrat är nyckeln till framgång när växande epitaxiella perovskit använder ALD. Den tid en Ge-substrat tillbringar mellan avfettning och desoxidering, samt hur lång tid mellan desoxidering och STO nedfall bör hållas på ett minimum. Prover är fortfarande föremål för föroreningsexponering även under UHV miljön. Långvarig exponering kan leda till återutfällning av oavsiktlig kol eller Ge återoxidation, vilket resulterar i dålig filmtillväxt. Denna grupp har anställt en allmänt anv?...

Perovskitmaterial blir alltmer attraktiv på grund av deras mycket symmetrisk kubisk eller pseudokubisk struktur och myriad av fastigheter. Dessa material, med den allmänna formeln ABO 3, har A- atomer koordinerade med 12 syreatomer och B-atomer som är samordnade med sex syreatomer. På grund av deras enkla struktur, men brett spektrum av potentiella faktorer, perovskitmaterial ger idealiska kandidater för hetero enheter. Epitaxiella oxidhetero skryta ferromagnetiska, 1-3 anti / ferroelektrisk, 4 multiferroic, 5-8 supraledande, 7 -. 12 och magnetoresistiva funktioner 13,14 Många av dessa önskvärda elektroniska egenskaper är gräns och därmed beroende av rena, abrupta övergångar mellan material. De nästan identisk struktur och gitterkonstanterna delas mellan medlemmarna i perovskitfamiljen möjliggör utmärkt lattice matchning och därför gränssnitt av hög kvalitet. Lätt gitteranpassade till varandra liksom vissa halvledare, perovskit oxider nu vänt sig till i nästa generations metalloxidhalvledarelektronik. Monolitisk integration av kristallina oxider med kisel, först demonstrerats perovskit strontiumtitanat, SrTiOa 3 (STO), av McKee och kollegor, 15 var ett monumentalt steg mot förverkligandet av elektroniska apparater med perovskit-halvledar inkorporering. Molekylär (MBE) är den främsta teknik för epitaxiell tillväxt av oxider på kisel på grund av lager-på-lager tillväxt samt den avstämbara syrepartialtryck nödvändigt att kontrollera amorf, gräns SiO 2 bildning 16 -. 19 Typiska MBE tillväxt av STO på Si (001) uppnås genom Sr-assisterad desoxidation av SiO 2. Enligt ultrahögvakuum (UHV) förhållanden, är SrO flyktig och underJect till termisk förångning. Eftersom SrO är termodynamiskt föredragna framför strontiummetall och SiO 2, avsättning av Sr avlägsnar syre från SiO 2 skiktet och den resulterande SrO avdunstar från ytan. Under denna process kiselytan utsätts för en 2 x 1 rekonstruktion vid ytan som bildar rader av dimeriserade kiselatomer. Lämpligen ½ monolager (ML) täckning av Sr atomer på den rekonstruerade ytan fyller i luckorna som skapats av dessa dimer rader. 20 ½ ML täckning ger ett skyddande lager som, med noggrann kontroll av syretryck, kan förhindra eller kontrollera gräns SiO 2 bildning under efterföljande oxidtillväxt 21 -. 23 När det gäller STO (och perovskiter med liknande gitterpassning), den resulterande gallret roteras 45 ° i planet så att (001) STO ‖ (001) Si och (100) STO ‖ (110) Si, vilket gör att registret mellan Si (3,84Å Si-Si avstånd) och STO (a = 3,905 Å) med endast smärre tryckpåkänning på STO. Detta register är nödvändig för hög gränssnitt kvalitet och de önskade egenskaperna som de besitter. Silicon blev industriellt betydande på grund av den höga kvaliteten på dess gräns oxid, men SiO 2 användning håller på att avvecklas för material som kan motsvarande prestanda på mindre har storlekar. SiO 2 upplevelser hög läckströmmar när ultratunna och detta minskar enhetens prestanda. Efterfrågan på mindre funktionsstorlekar skulle kunna tillgodoses genom perovskit oxidfilmer med hög dielektricitetskonstant, K, som ger prestanda som motsvarar SiO 2 och är fysiskt tjockare än SiO 2 med faktorn k /3.9. Vidare alternativa halvledare, som germanium, erbjuder potential för snabbare enhetens funktion på grund av högre elektron och hål rörligheter än kisel. 24,25 Germanium har också en interfacial oxid, geo 2, men i motsats till SiO 2, är den instabil och föremål för termisk desoxidation. Sålunda är 2 × 1 rekonstruktion uppnås genom enkel termisk glödgning enligt UHV, och ett skyddande Sr skikt är onödigt att förhindra gränsskiktsoxidtillväxt under perovskit avsättning. 26 Trots den uppenbara lätthet tillväxt som erbjuds av MBE, atomlager nedfall (ALD) ger en mer skalbar och kostnadseffektiv metod än MBE för kommersiell produktion av oxidmaterial. 27,28 ALD sysselsätter doser av prekursorer i gasform till substrat som är själv begränsande i deras reaktion med substratytan. Därför, i en idealisk ALD process upp till ett atomlager avsatt för varje given prekursor doseringscykel och fortsatt dosering av samma prekursor kommer inte avsätta ytterligare material på ytan. Reaktiv funktionalitet återställs med en samreaktant, ofta en oxidativ eller reduktiv föregångare (t.ex., Vatten eller ammoniak). Tidigare arbete har visat ALD tillväxt av olika perovskit filmer, såsom anatas TiO 2, SrTiOa 3, BaTiOs 3, och Laalo 3, på Si (001) som hade buffrat med fyra-enhet-cell tjock STO odlas via MBE. 29 - 34 rent MBE tillväxt av kristallina oxider, mono täckning av Sr på ren Si (001) är ½ tillräckligt för att ge en barriär mot SiO 2 formation under trycket hemma i tekniken (~ 10 -7 Torr). Men under typiska ALD drifttryck av ~ 1 Torr, har tidigare arbete visat att fyra enhetsceller av STO krävs för att undvika oxidering av Si yta. 29 Det förfarande som beskrivs här utnyttjar instabiliteten i Geo 2 och uppnår monolitisk integration av STO på germanium via ALD utan behov av en MBE-odlade buffertlager. 26 Vidare Ge-Ge interatomär avstånd (3,992 Å) på dess (100) yta möjliggör en analog epitaxiell register med STO som observeras med Si (001). Även om förfarandet som presenteras här är specifik för STO på Ge, kan smärre modifieringar möjliggöra monolitisk integration av olika perovskit filmer på germanium. I själva verket har direkt ALD tillväxten av kristallint SrHfO 3 och BaTiOs 3 filmer rapporterats på Ge. 35,36 Ytterligare möjligheter inkluderar potentiella gate oxid, SrZr x Ti 1-x O 3. 37 Slutligen, som bygger på tidigare studier av ALD perovskit tillväxt på en fyra-enhetscell STO film på Si (001) 29-34 tyder på att någon film som skulle kunna odlas på STO / Si plattform skulle kunna odlas på ett ALD odlade STO buffert film på Ge, såsom Laalo 3 och LaCoO 3. 32,38 De många egenskaper som är tillgängliga för oxidhetero och anmärkningsvärd likhet mellan perovskit oxider tyder detta förfarande skulle kunna användas to studie tidigare svåra eller omöjliga tillväxt kombinationer med sådan industriellt livskraftig teknik. Figur 1 visar den schematiska av vakuumsystemet, som omfattar ALD, MBE, och analytiska kamrar förbundna med en 12-fots överföringsledningen. Proverna kan överföras i vakuum mellan varje kammare. Den baslinjetryck av överföringsledningen hålls vid approximativt 1,0 x 10 -9 Torr genom tre jonpumpar. Den kommersiella vinkel upplösta ultraviolett och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) systemet upprätthålls med en jonpump så att trycket i den analytiska kammaren hålls vid ca 1,0 x 10 -9 Torr. ALD reaktorn är en rektangulär specialbyggd kammare av rostfritt stål med en volym av 460 cm 3 och längd av 20 cm. En schematisk bild av ALD reaktorn visas i figur 2. Reaktorn är en het vägg, kontinuerlig reaktor tvärflödestypen.Prov i reaktorn har en tolerans av 1,7 cm mellan den övre ytan av substratet och kammaren tak och 1,9 cm mellan botten av substratet och kammaren golvet. En värmetejp, som drivs av en dedikerad strömförsörjning, lindas runt kammaren från inloppet till ca 2 cm över avgasporten och åstadkommer temperaturreglering av reaktorväggarna. En temperaturregulator justerar ineffekten till värmetejp enligt en temperaturmätning fattas av en termisk par som ligger mellan värmetejp och yttre reaktorväggen. Reaktorn sedan helt lindade med ytterligare tre värmetejperna konstant effekt från en vridtransformator, och en sista lagret glasfiberull med aluminiumfolie täcker ger isolering för att främja en enhetlig uppvärmning. Uteffekten av Variac justeras så att tomgångstemperaturen (när den särskilda strömmen är avstängd) i reaktorn är ungefär 175 ° C. Reaktorn är pastande kyls via luften. Substrattemperaturen beräknas med användning av linjär-fit ekvation (1), där Ts (° C) är temperaturen hos substratet och T ^ (° C) är temperaturen hos reaktorväggen, som erhålls genom direkt mätning av ett substrat försett med ett termoelement. En temperaturprofil existerar längs flödesriktningen av kammaren på grund av den kalla slussventilen som ansluter reaktorn till överföringslinjen; temperaturprofilen vinkelrätt mot flödesriktningen är försumbar. Temperaturprofilen orsakar en rikare Sr avsättning på framkanten av provet, men sammansättningen varierar längs provet är liten (mindre än en skillnad 5% mellan de främre och bakre kanterna av provet) enligt XPS. 31 avgassystem reaktorn är förbunden med en turbomolekylär pump och en mekanisk pump. Under ALD processen är reaktorn pumpas av den mekaniska pumpen för att hålla trycket på runt 1 Torr. Annars Reactor trycket bibehålls under 2,0 × 10 -6 Torr av turbopumpen. (1) T s = 0.977T c + 3,4 MBE kammaren skall hållas på en baslinje tryck av ungefär 2,0 x 10 -9 Torr eller underifrån av en kryogenisk pump. Partialtrycket av olika arter i MBE kammaren övervakas av en restgas analysatorn. Bakgrundstryck av H2 är cirka 1,0 x 10 -9 Torr, medan de av O2, CO, N2, CO2 och H2O, är mindre än 1,0 x 10 -10 Torr. Dessutom är MBE kammaren också utrustad med sex effusionsceller, en fyra-pocket elektronstråle förångare, en atomärt kväve plasmakälla och en atomsyreplasmakälla med hög precision piezoelektriska läckventil, och en reflektion högenergetisk elektron diffraktion (RHEED ) system för realtids in situ tillväxt och kristallisations observationer. SAMpel manipulator medger substratet värmas upp till 1000 ° C med användning av en syrebeständig kiselkarbid värmare.

<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.

Figurerna 5 och 6 visar typiska röntgenfotoelektronspektra och RHEED bilder från en rengjord och desoxiderat Ge-substrat. En framgångsrikt-desoxiderat Ge substrat kännetecknas av sin &quot;smiley&quot; 2 x 1 rekonstruerade RHEED mönster. 26,39 Dessutom är Kikuchi linjer också observerats i RHEED bilder, som anger renhet och fjärrordning i provet. 40 skärpan och intensiteten i diffraktionsmönstret visar också städning av ...

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

Detta arbete beskrivs de förfaranden för tillväxt och karakterisering av kristallint SrTiOa 3 direkt på germanium substrat genom atomlager nedfall. Förfarandet illustrerar förmågan hos en allt-kemisk tillväxt metod för att integrera oxider monolitiskt på halvledare för metalloxidhalvledaranordningar.

Epitaxiell tillväxt av Perovskite strontiumtitanat på 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 ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Beredning av hydrofoba metal-organic frame via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition av perfluoralkaner för borttagning av ammoniak

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 definierade mallar för epitaxiell tillväxt 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

Syntes och reaktionskemi av nanostorlek Mono 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

Skikt för skikt syntes och överföring av fristående Conjugated mikroporös 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

Förbättrad hetero Kvalitet i Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O-baserade solceller genom optimering av Atmosfärstryck Spatial Atomic skikt avsatt<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

Framställning av Makroporösa epitaxiella kvarts filmer Silicon av Chemical Solution Deposition

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

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

Inverkan av Hybrid perovskit tillverkningsmetoder på filmbildning, elektronstruktur och solceller Prestanda

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

Reaktiva förångningsdeposition av konjugerad Polymer filmer på godtyckliga substrat

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

Nedfall av porösa absorbenter på tyg stöder

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 syntes av MIL-96 och UiO-66-NH2 på atomlager deponeras metalloxid beläggningar på Fiber mattor

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