Een snelle route naar vrijstaande enkelkristallijne dunne films met behulp van YBa2Cu3O7-x als opofferingslaag

Abstract

Onderzoekers zijn al lang op zoek naar multifunctionele materialen die kunnen worden gebruikt voor nano-elektronica van de volgende generatie en die hopelijk compatibel zijn met de huidige halfgeleiderverwerking voor verdere integratie. Langs deze weg hebben complexe oxiden veel aandacht gekregen vanwege hun veelzijdige functionaliteiten. Ondanks het feit dat de afgelopen jaren het onbegrensde potentieel van complexe oxiden is onderzocht, ligt een van de grootste uitdagingen in de directe integratie van deze functionele oxiden op bestaande apparaten of gerichte substraten die inherent onverenigbaar zijn in termen van oxidegroei. Om dit doel te bereiken zijn vrijstaande processen voorgesteld, waarbij nat etsen van ingevoegde opofferingslagen wordt beschouwd als een van de meest efficiënte manieren om epitaxiale dunne films van hoge kwaliteit te verkrijgen. In deze studie stellen we voor om een alternatief oxide te gebruiken, YBa₂ Cu₃ O₇ (YCBO), als een opofferingslaag, die op een efficiëntere manier gemakkelijk kan worden opgelost in licht zoutzuur, terwijl geselecteerde complexe oxiden intact blijven. De hoge epitaxiale kwaliteit van het geselecteerde complexe oxide voor en na het vrijstaande proces waarbij YBCO als opofferingslaag wordt gebruikt, wordt uitgebreid bestudeerd via een combinatie van atoomkrachtmicroscopie, röntgendiffractie, transmissie-elektronenmicroscopie en elektrisch transport. Deze benadering maakt directe integratie van complexe oxiden met willekeurige substraten en apparaten mogelijk en zal naar verwachting een snellere route bieden naar de ontwikkeling van laagdimensionale kwantummaterialen.

Inleiding

De halfgeleiderindustrie heeft de moderne wetenschap en samenleving enorm beïnvloed sinds de bouw van de eerste transistor. Om functionele materialen en apparaten te ontwikkelen die verder gaan dan de moderne technologie, zijn oxidematerialen essentieel vanwege hun veelzijdige fysieke eigenschappen [1, 2]. In de afgelopen decennia hebben complexe oxiden enorme aandacht getrokken vanwege hun veelzijdigheid, stabiliteit en fabricagegemak [3, 4]. Om verborgen eigenschappen in materialen te onderzoeken, zijn hoogwaardige monsters nodig [5]. Het hetero-epitaxie van dunne oxidelagen lijkt dus onderscheidend te zijn omdat het een hoge monsterkwaliteit biedt die vergelijkbaar is met monokristallen. Bijgevolg is de selectie van een geschikt substraat een cruciale factor geworden in de groei van epitaxiale films van hoge kwaliteit, omdat de structuur en eigenschappen van de dunne films nauw verband houden met grensvlakbeperking/interactie tussen het onderliggende substraat en dunne film [6]. Het gebruik van eenkristalsubstraten voor individuele materialen zou de prestatie van complexe oxiden aanzienlijk beïnvloeden, vanwege de roostermismatch en het substraatklemeffect [7, 8]. De eis van een eenkristalsubstraat en beperkingen als gevolg van de aanwezigheid van substraat hebben in wezen een aanzienlijke uitdaging gemaakt voor de integratie van epitaxiaal oxide met op silicium gebaseerde en praktische apparaten [9]. Om de beperking te overwinnen, zijn geschikte overdrachtstechnieken vereist om vrijstaande dunne films te verkrijgen die verder kunnen worden overgebracht op gewenste substraten of bestaande elektronica [10,11,12,13]. Daarom is het verwijderen van het stijve substraat een eenvoudige manier om vrijstaande epitaxiale dunne films te verkrijgen [11,12,13].

In termen van verwijdering van onderliggende eenkristalsubstraten met behoud van intacte epitaxiale films, zijn twee van de meest conventionele benaderingen laser-lift-off en het gebruik van een opofferingslaag. Laser-lift-off-proces werd voor het eerst toegepast om GaN over te brengen van saffier naar silicium [14]. Vanwege de grote bandgap van saffiersubstraat, zal het de energie die wordt opgewekt door een excimeerlaser niet absorberen, terwijl de GaN-films het grootste deel van de gepulseerde laserenergie in korte tijd zullen absorberen. Met zeer korte laserpulsen zou GaN worden losgemaakt van het saffiersubstraat en zo kunnen worden overgebracht naar silicium of andere gewenste substraten. Het oppervlak van de overgebrachte film is echter gewoonlijk ruw door het bombardement van de excimeerlaser. Daarom is na de overdracht meestal een gloeiproces nodig om het oppervlak en de monsterkwaliteit te herstellen [15, 16]. Een andere veel voorkomende benadering is het gebruik van een opofferingslaag die wordt ingebracht tussen functionele oxidefilm en substraat. De cruciale stap van deze aanpak is de selectie van de opofferingslaag en geschikte etsoplossingen. De opofferingslaag moet een vergelijkbare roosterparameter hebben met een gewenste dunne film om epitaxiale groei mogelijk te maken zonder significante hoeveelheid defecten te veroorzaken. Naast substraatkeuze is een passende oplossing essentieel. Opgemerkt moet worden dat een ideale etsoplossing alleen de opofferingslaag oplost en geen schade toebrengt aan de gewenste films. Langs deze ader, Lu et al. [17] stelde de aanpak voor met behulp van Sr₃ Al₂ O₆ (SAO) als een opofferingslaag om vrijstaande complexe oxide-superroosters te leveren. Het voordeel van het gebruik van SAO is dat SAO in water oplosbaar is. Het kan gemakkelijk worden verwijderd door geweekt in zuiver water. Ondanks het feit dat SAO kan worden opgelost in neutraal water, komt de grote roosterconstante van kubische SAO niet overeen met sommige functionele complexe oxiden. Bovendien is de etssnelheid van SAO traag, meestal tot 30 h voor het etsen van 20 nm dikke ingevoegde SAO-opofferende laag in de meeste heterostructuren. Voor een snel vrijstaand proces, Bakaul et al. [18] uitgevoerd epitaxiale groei van Pb(Zr_0,2 Ti_0.8 )O₃ (PZT) dunne films op SrTiO₃ (STO) substraat met behulp van (La_x Sr_1-x )MnO₃ (LSMO) als opofferingslaag. Deze dubbellaagse heterostructuur werd vervolgens gebaad in een oplossing van kaliumjodide/zoutzuur (KI/HCl) om de LSMO-laag te verwijderen die kan worden opgelost door KI/HCI met een hogere etssnelheid dan PZT. Desalniettemin, hoewel de KI/HCI-oplossing LSMO aanzienlijk sneller etst, veroorzaakt het nog steeds een deel van de schade aan de gewenste dunne films. Als gevolg hiervan wordt het zoeken naar een geschikte opofferingslaag met een hogere selectiviteit en snellere etssnelheid een kritieke kwestie bij de ontwikkeling van vrijstaande dunne films.

Hier stellen we een efficiënte vrijstaande methode voor door gebruik te maken van YBa₂ Cu₃ O_7-x (YBCO), die gemakkelijk kan worden opgelost in HCl, als alternatieve opofferingslaag. Door YBCO als opofferingslaag te gebruiken, kunnen we de gewenste epitaxiale films in een veel kortere tijd van de substraten scheiden. Met een reeks structurele analyses en functionaliteitsverificatie verifiëren we dat het vrijstaande proces door YBCO als opofferingslaag te gebruiken een universele benadering is voor de fabricage van hoogwaardige complexe oxiden.

Methoden

Thin Film Growth

Het monster bevat twee componenten, de vrijstaande laag en de bufferlaag. Beide lagen werden op het STO-substraat gekweekt via gepulseerde laserafzetting met behulp van een 248-nm KrF-excimeerlaser. De afzettingsconditie kan variëren van het ene oxide tot het andere. De YBCO met een dikte van 24 nm werd afgezet bij een zuurstofdruk van 60 mTorr bij 750 °C met een laservermogen van 200 mJ en een laserherhalingssnelheid van 10 Hz, terwijl de LSMO en SrRuO₃ (SRO) werden afgezet bij een zuurstofdruk van 100 mTorr bij 700 °C met een laservermogen van 250 mJ en een laserherhalingssnelheid van 10 Hz. Tijdens de groei werd reflecterende hoogenergetische elektronendiffractie toegepast om de groeimodus en het aantal lagen van de depositie te volgen.

Etsen en overbrengen

Na afzetting werd het monster vervolgens spin-coated met polymethylmethacrylaat (PMMA), een elastomeerlaag die fysieke ondersteuning bood, waardoor het niet uit elkaar scheurde tijdens het volgende proces. Het monster werd gedurende 5 min verder gebakken bij 120 ° C om het PMMA bovenop enigszins op te drogen. De heterostructuur bedekt met PMMA wordt vervolgens ondergedompeld in het 0,6% zoutzuur om de YBCO-laag op te lossen. Het duurt slechts een paar minuten om de opofferingslaag volledig op te lossen. Na het etsproces werd de heterostructuur voor reiniging in gedeïoniseerd water gedompeld. Na het reinigingsproces halen we eenvoudig de vloeiende vrijstaande dunne film van het gedeïoniseerde water op de gewenste substraten/apparaten. Nadat de film is opgepakt, wordt deze op een hete plaat gebakken om het water in de vorige fase te verwijderen. Als laatste werd aceton toegevoegd om de steun van PMMA te verwijderen.

Structurele analyse

De kristalstructuur van de dunne film werd gekarakteriseerd door op synchrotron gebaseerde röntgendiffractietechnieken bij bundellijn 17A, 17B en 13A in het National Synchrotron Radiation Research Center, Taiwan.

STEM-observatie

De scanning transmissie elektronenmicroscopie (STEM) beelden werden genomen met behulp van JEOL ARM200F uitgerust met sferische aberratie (Cs) corrector bij 200 kV versnellende spanning. De semi-convergente hoek was 25 mrad die gevormd werd onder 1 Å elektronensonde, en de semi-verzamelhoek van de hoge-hoek ringvormige donkerveld (HAADF) detector was van 68 tot 280 mrad.

Transportmetingen

De elektrische contacten werden gefabriceerd in een vierpunts-sondeconfiguratie door middel van een fotolithografieproces. De contacten zijn gemaakt door Cr (3 nm) en Au (60 nm). Vierpuntsprobe is een nuttige methode om de soortelijke weerstand van een monster te meten. Twee van de sondes worden gebruikt om elektrische stroom aan te brengen, terwijl de andere twee sondes worden gebruikt om de spanningsval te meten voor het bepalen van de soortelijke weerstand. De temperatuurafhankelijkheid van soortelijke weerstand werd uitgevoerd met behulp van Physical Property Measurement System van Quantum Design (PPMS). Het monster werd eerst verwarmd tot 400 K en de meting werd uitgevoerd tijdens het koelproces om de temperatuurafhankelijkheid van de soortelijke weerstand te onthullen.

Resultaten en discussie

In dit werk wordt een alternatieve opofferingslaag, YBCO, aangenomen die vijf keer sneller kan worden geëtst dan LSMO. YBCO is een supergeleidend materiaal voor hoge temperaturen met een orthorhombische structuur met roosterconstanten van a =3.82 Å, b =3,89 Å, en c =11,68 Å.⁷ De roosterconstanten van a - en b -assen zijn vergelijkbaar met de meeste complexe oxiden, waardoor hoogwaardige epitaxiale groei van gewenste films op YBCO mogelijk is. Het vrijstaande proces waarbij YBCO als opofferingslaag wordt gebruikt, wordt geïllustreerd in Fig. 1. Om een overtuigende demonstratie te bieden, werd de LSMO/YBCO-heterostructuur eerst op het STO-substraat gedeponeerd met behulp van gepulseerde laserdepositie, die als modelleringssysteem diende. Houd er rekening mee dat LSMO in eerdere onderzoeken is geïmplementeerd als opofferingslaag voor vrijstaande processen [18]. Nadat de heterostructuur was gefabriceerd, werd organisch PMMA op het monster bedekt om het oppervlak te beschermen en de integriteit van de LSMO-film te behouden. De heterostructuur werd vervolgens ondergedompeld in lichte HCl-oplossing om de YBCO-laag op te lossen. Na volledig etsen van de YBCO-laag, werd het monster in gedeïoniseerd (DI) water geplaatst om de LSMO-laag en het STO-substraat te scheiden. De LSMO met PMMA zou vervolgens kunnen worden overgebracht naar elke gewenste ondergrond, hier, in onze studie, de siliciumwafel. Het overgebrachte monster werd gedurende 10 min in aceton gedompeld om PMMA te verwijderen. Als laatste werd het oppervlak van de vrijstaande LSMO gereinigd met DI-water en isopropanol.

Schema van het etsproces en de overdracht van vrijstaande LSMO-lagen met YBCO als opofferingslaag.

Na overdracht werd een vrijstaande LSMO op silicium verkregen. De overeenkomstige oppervlaktemorfologie van LSMO, zoals gegroeid en vrijstaand, wordt getoond in respectievelijk Fig. 2a, b, waarbij een vlak, glad oppervlak wordt aangegeven zonder waarneembare schade aan de materialen door het vrijstaande proces. Om de structurele details van dunne LSMO-films voor en na het vrijstaande proces te onthullen, werd röntgendiffractie (XRD) gebruikt. De normale XRD-scan van een als gegroeid monster, zoals weergegeven in Fig. 2c, geeft een (001)-georiënteerde LSMO-films op YBCO/STO (001) aan. Verwacht LSMO, YBCO en STO, er is geen secundaire fase gedetecteerd, wat wijst op een pure LSMO-functie op YBCO/STO. De berekende d -afstand van LSMO geëxtraheerd uit de normale XRD-scan is ~ 3,846 Å, wat kleiner is in vergelijking met de bulkwaarde (3,88 Å) [19]. De kleinere c -asrooster wordt verwacht vanwege de trekspanning die wordt geboden door STO-substraat (roosterconstante =3,905 Å). Bovendien wordt de kristalliniteit onthuld door de volledige breedte op half maximum (FWHM) (~ 0,051 °) van de schommelcurve rond LSMO (002) (zie aanvullende informatie Fig. S1a). De phi-scan werd gebruikt om de epitaxiale relatie van LSMO te bevestigen. Zoals getoond in Fig. 2d, kan de reflectie van LSMO (103) elke 90 ° worden gedetecteerd, wat wijst op een 4-voudige symmetrie van (001) georiënteerde LSMO-film, die direct gecorreleerd is met het kubieke STO-eenkristalsubstraat. Nadat de structurele eigenschappen van de als gegroeide LSMO-dunne film waren vastgesteld, werd de YBCO-laag vervolgens geëtst met HCl_(aq) , waardoor de LSMO-laag in de vloeistof blijft drijven. De vrijstaande LSMO-film werd vervolgens overgebracht op een siliciumsubstraat. Een pure (001) georiënteerde LSMO-functie werd onthuld door XRD-normale scan (figuur 2e), terwijl de phi-scan 4-voudige symmetrie vertoont (figuur 2f). Deze waarnemingen bevestigen dat er geen structurele veranderingen zijn op epitaxiale LSMO-film na vrijstaand proces. De FWHM van vrijstaande LSMO-laag wordt ook getoond in Aanvullende informatie Fig. S1b.

AFM topografische afbeeldingen van LSMO a voor en b na vrijstaand. c XRD normale scan van LSMO/YBCO/STO heterostructuur. d Phi-scan rond LSMO (103) vlak van als gegroeide LSMO. e XRD normale scan van vrijstaande LSMO en f Phi-scan rond vrijstaand LSMO (103) vliegtuig

Om de spanningstoestanden en roostervariatie van epitaxiale LSMO voor en na vrijstaand te onthullen, werd XRD reciprocal space mapping (RSM) uitgevoerd. Het RSM rond STO (103) vlak wordt getoond in Fig. 3a. Voor het monster zoals het is gegroeid, werd het rooster in het vlak van de LSMO-film volledig gespannen door STO-substraat, waarbij bijna dezelfde roosterconstanten in het vlak werden weergegeven als STO-enkelkristal. Op deze manier wordt het out-of-plane rooster van LSMO verkort vanwege epitaxiale beperking, wat consistent is met de normale XRD-scan. Na het etsen vertoont de RSM van vrijstaande LSMO een spanningsvrije functie, zoals weergegeven in figuur 3b. De roosterconstanten van LSMO geëxtraheerd uit RSM-gegevens suggereren een pseudo-kubische structuur met roosterconstanten ~ 3,88 Å, die hetzelfde zijn als bulkwaarden. Dit resultaat geeft aan dat de vrijstaande dunne films geen spanning vertonen na een vrijstaand proces en dat er geen chemische binding is tussen de overgebrachte laag en het dragersubstraat. Om meer details van structurele eigenschappen van vrijstaande LSMO verder te onderzoeken, werd een scanning transmissie-elektronenmicroscoop (STEM) gebruikt. Het hoge-hoek ringvormige donkerveld (HAADF) beeld van vrijstaande LSMO, zoals weergegeven in Fig. 3c, toont een defectvrije en pseudo-kubische LSMO-films. Het overeenkomstige snelle Fourier-transformatie (FFT) -patroon van LSMO getoond in de inzet van Fig. 3c onthult het 4-voudige en kubieke rooster in het vlak, wat mooi consistent is met XRD-resultaten. Op basis van de bovenstaande resultaten hebben we hoogwaardige enkelkristallijne (001)-georiënteerde LSMO-films gepresenteerd met de volledig spanningsvrije en geen degradatiekenmerken die met succes op Si-substraat kunnen worden overgedragen.

een Wederzijdse ruimtetoewijzing (RSM) rond as-grown LSMO (103) en b RSM rond vrijstaande LSMO (103). c Bovenaanzicht high-angle ringvormig donkerveld (HAADF) afbeelding van vrijstaande LSMO. De inzet is het FFT-patroon. d Temperatuurafhankelijkheid van soortelijke weerstand van LSMO voor en na vrijstaand. De inzet vertegenwoordigt het transportgedrag van een enkele isolerende YBCO-opofferingslaag in de groei

Vervolgens gingen we het transportgedrag van LSMO-films voor en na vrijstaand bestuderen. LSMO is een ferromagnetisch materiaal met Curie-temperatuur (T_C ) evenals metaal-isolatorovergang (MIT) bij 369 K in bulk [19]. De overgangstemperatuur van LSMO wordt gedomineerd door de dubbele uitwisselingsinteractie tussen Mn³⁺ -O-Mn⁴⁺ [20]. In de LSMO/YBCO/STO-heterostructuur zal de trekspanning de Mn-O-Mn-bindingen verlengen en een afname van T_C veroorzaken [21]. Als gevolg hiervan is er een duidelijke afname van T_C in as-grown LSMO. Zoals getoond in Fig. 3d, is de T_C van as-grown LSMO is ongeveer 338 K. Na het verwijderen van de YBCO-onderlaag, zoals blijkt uit XRD, is er geen spanning waargenomen op de vrijstaande LSMO-laag en de gemeten T_C wordt verhoogd tot 351 K. De inzet van figuur 3d vertegenwoordigt de temperatuurafhankelijkheid van de soortelijke weerstand van de pure YBCO-opofferingslaag op STO. In deze studie werd een zeer dunne en zuurstofarme YBCO-laag gebruikt die isolerende toestand vertoonde. De toepassing van isolerende YBCO zorgt ervoor dat het transportgedrag van het als-groeide monster werd gedomineerd door LSMO en dus de metallische geleiding veroorzaakt door de YBCO-laag uitsluit. Bovendien zijn er een reeks LSMO's met verschillende diktes vervaardigd om de T_C . te vergelijken voor as-grown en vrijstaande films. Zoals getoond in Aanvullende informatie Fig. S2 werd het transportgedrag van LSMO-films met een dikte van 16, 30 en 60 nm gemeten voor en na het vrijstaande proces. Over het algemeen is de T_C van LSMO-films zijn hoger dan die van als gegroeide monsters, wat te wijten is aan de afwezigheid van substraatklemming in vrijstaande LSMO-lagen na het etsen van de YBCO-opofferingslagen.

Het etsproces van YBCO zou mogelijk kunnen worden gedomineerd door koperoxide, dat als een zwakke base kan worden behandeld. De samenstelling van koperoxide kan snel reageren met HCl, waarbij oplosbaar koper (II) chloride en water wordt gevormd. De formule voor de reactie van HCl met koperoxide kan worden aangegeven als:

$$ \mathrm{CuO}+2\mathrm{HCl}\to C{\mathrm{u}}^{2+}+2{\mathrm{Cl}}^{-}+2{\mathrm{H} }_2\wiskunde{O} $$

Met dezelfde etsoplossing kan de etsdiepte van YBCO meer dan 120 nm bereiken in 10 s, terwijl LSMO meer dan 120 s nodig zou hebben om hetzelfde etsniveau te bereiken, zoals weergegeven in respectievelijk Fig. 4a, b. De etssnelheid van YBCO versus de concentratie van HCl is verder uitgezet in figuur 4c. Vergeleken met LSMO, zoals weergegeven in figuur 4d, is de etssnelheid van YBCO minstens vijf keer sneller dan die van LSMO, onder dezelfde concentratie HCl. Zo'n enorme ongelijkheid kan worden toegeschreven aan de activiteit van chloride-ionen in HCl, waar de activiteit van chloride-ionen sterk zal worden verminderd terwijl ze reageren met metaaloxide met een hogere valentie [22]. Het mangaan in LSMO is een toestand met gemengde valentie, samengesteld uit Mn⁺³ en Mn⁺⁴ , terwijl de valentietoestand van koper in YBCO verschuift van Cu⁺¹ naar Cu⁺² tijdens reactie [23]. Hierdoor is het etsproces van YBCO veel sneller dan dat van LSMO. Habbach et al. [24] hebben gemeld dat koperoxide aanzienlijk sneller in HCl zal worden geëtst dan andere zuren vanwege het agressieve karakter van het chloride-anion. Als gevolg hiervan zorgt het gebruik van YBCO als opofferingslaag voor een snellere aanpak die niet alleen de vereiste reactieperiode verkort, maar ook de degradatie van gewenste materialen voorkomt.

Etsdiepte versus tijd voor a YBCO en b LSMO, respectievelijk. HCl-concentratie-afhankelijke etssnelheid van c YBCO en d LSMO

Om het veelzijdige vermogen van het gebruik van YBCO als opofferingslaag te bewijzen, is een vergelijkbare procedure toegepast om SrRuO₃ te verkrijgen vrijstaande dunne films. De overeenkomstige oppervlaktemorfologie van SRO, zoals gegroeid en vrijstaand, wordt getoond in Aanvullende informatie Fig. S3, wat een glad oppervlak aangeeft zonder waarneembare schade na vrijstaand. De XRD-normale scan van de SRO / YBCO / STO-structuur getoond in Fig. 5a onthult het (001) georiënteerde pseudo-kubische kristallijne zonder enige secundaire fase. De berekende d -afstand van as-grown SRO op STO is 3,96 , wat groter is dan de bulkwaarde (3,93 ), wat wijst op een compressieve spanning die op de SRO-laag wordt uitgeoefend. De epitaxiale beperking van SRO werd onthuld door RSM. Zoals getoond in Fig. 5b, werd SRO-film gespannen door STO, en dus een langwerpige c -as wordt waargenomen. Nadat de YBCO-laag was verwijderd door een HCl-oplossing, vertoonden de XRD-normale scan en RSM een spanningsvrije SRO-laag met een roosterconstante gelijk aan 3,93 A, zoals weergegeven in respectievelijk Fig. 5c, d. De FWHM van as-grown en vrijstaande SRO (002) zijn respectievelijk 0,91° en 0,42°, wat een betere kristalliniteit laat zien na het etsen. Bovendien toont het HAADF-beeld, zoals getoond in Fig. 5e, een defectvrij en pseudo-kubisch in-plane rooster van SRO vrijstaand membraan. Het elektrisch transportgedrag laat opnieuw zien dat het substraatklemeffect op SRO-films na vrijstaand werd verwijderd. In aanvullende informatie Fig. S4 werden verschillende diktes van SRO-films gefabriceerd en vergeleken. De vrijstaande SRO dunne films vertonen altijd een hogere T_C dan als ze gegroeid zijn vanwege de vrijgekomen epitaxiale stammen. Figuur 5f toont een echte foto van vrijstaande dunne films, waarbij de vrijstaande laag intact blijft na vrijstaand, wat ook suggereert dat grootschalige vrijstaande systemen toepasbaar zijn. De succesvolle demonstratie van vrijstaande SRO suggereert dat het gebruik van YBCO als opofferingslaag een universele methode is om vrijstaande en enkelkristallijne functionele oxiden te verkrijgen.

een XRD normale scan en b RSM van as-grown SRO heterostructuur. c XRD normale scan en d RSM van vrijstaande SRO. e Bovenaanzicht STEM HAADF afbeelding van vrijstaande SRO. v Foto van vrijstaande SRO-film en substraat na etsen

Conclusie

Samenvattend hebben we een snelle route ontwikkeld voor het vervaardigen van hoogwaardige enkelkristallijne vrijstaande dunne films door YBCO als opofferingslaag te gebruiken. Door het modelleringssysteem, LSMO, kunnen bijvoorbeeld hoogwaardige en epitaxiale LSMO vrijstaande dunne films willekeurig worden overgebracht op silicium of andere bestaande substraten of apparaten. De XRD en STEM hebben aangetoond dat de epitaxiale structuren goed worden onderhouden, terwijl de substraatklemming volledig wordt verwijderd na een vrijstaand proces. De vrijstaande kenmerken worden ook ondersteund door de elektrische transportmetingen, waardoor de Curie-temperatuur van de vrijstaande systemen aanzienlijk hoger wordt gevonden vanwege de afwezige epitaxiale beperking. Het gebruik van YBCO als opofferingslaag is geverifieerd en kan veel sneller worden geëtst dan de conventionele LSMO- en SAO-opofferingslagen, terwijl onmerkbare schade wordt toegebracht aan de beoogde materialen. Met een vergelijkbare benadering die is aangenomen voor gefabriceerde vrijstaande SRO dunne film, hebben we aangetoond dat het gebruik van YBCO een over het algemeen veelzijdige methode is om vrijstaande oxide dunne films te verkrijgen. Onze ontdekking biedt een nieuw perspectief van toepassingen van functioneel oxide voor de integratie van op silicium gebaseerde apparaten en flexibele elektronica.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

De datasets die de conclusies van het artikel ondersteunen, zijn in het artikel opgenomen.

Afkortingen

YBCO:: YBa₂ Cu₃ O₇ Yttrium barium koperoxide
SAO:: Sr₃ Al₂ O₆ tri-strontiumaluminaten
PZT:: Pb(Zr_0,2 Ti_0.8 )O₃ loodzirkonaattitanaat
STO:: SrTiO₃ strontiumtitanaat
LSMO:: La_x Sr_1-x MnO₃ lanthaan strontium manganiet
SRO:: SrRuO₃ strontiumruthenaat
PMMA:: Poly(methylmethacrylaat)
STEM:: Scanning transmissie-elektronenmicroscopie
HAADF:: Ringvormig donkerveld met hoge hoek
PPMS:: Meetsysteem voor fysieke eigenschappen
DI-water:: Gedeïoniseerd water
XRD:: Röntgendiffractie
FWHM:: Volledige breedte op halve maximum
RSM:: Wederzijdse ruimtetoewijzing
FFT:: Snelle Fourier-transformatie
T_C :: Curietemperatuur
MIT:: Metaal-isolator overgang

Nano-klei als potentiële pseudo-antilichamen voor COVID-19 Observatie van Landau-niveauafhankelijke Aharonov-Bohm-achtige oscillaties in een topologische isolator

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal