Исследуя темную сторону из монокристаллов сложных оксидных тонких пленок

Анализ от команды во главе с исследователями из Аргоннской раскрывает никогда еще не видел подробности о типу тонких пленок исследуются для передовой микроэлектроники.

Исследования коллектива под руководством ученых из департамента США Национальной лаборатории энергетики (МЭ) США предлагает новый, вид на наноструктурном сложных оксидов, перспективных для передовой микроэлектроники.

Сложные оксиды являются многофункциональными материалами, которые могут в конечном итоге привести к энергосберегающие, передовые электронные компоненты памяти и квантовых вычислительных устройств. Как правило, эти материалы производятся послойно на атомарно подобранная подложка, процесс, известный как эпитаксиального роста.

«Наше исследование показывает, что этот материал готов для будущих микроэлектронных приложений, но это потребует дальнейшего исследования способов избежать этих пульсаций.» — Saidur Рахман Bakaul, Аргоннской помощник ученого материалами.

Использовать сложные оксиды в электронике, они должны быть изготовлены на кремнии — невыполнимая задача для существующих методов эпитаксиального роста, поскольку атомные структуры этих двух материалов не совпадают. Одно возможное решение этой проблемы будет расти сложных оксидов в другом месте, а затем перенести фильм на другой субстрат. Однако, ключевой вопрос: Будет ли местный свойств сложных оксидных тонких пленок остаются неизменными, если вы поднимите ее от одного субстрата и поместить его на другой?

Новые исследования показывают выводы о отдельностоящий сложных оксидов, которые могут в конечном итоге создать совершенно новое научное направление: сложные оксидные микроэлектроники. Работа детализирована в бумаге «домен сегнетоэлектрических движения стенки в отдельных монокристаллов сложных оксидных тонких пленок», недавно опубликованной в журнале перспективные материалы.

С помощью зондовой микроскопии, ученые изучили циркониевого титаната свинца (ЦТС), тип монокристаллов сложных оксидных сегнетоэлектрических тонких пленок. Такие монокристаллические пленки обладают свойствами, идеально подходит для микроэлектроники-они сильно поляризовано, прочный и быстро переключающийся, что делает их подходящими для будущего сегнетоэлектрических произвольного доступа чипов памяти, например.

Выращивания этих тонких пленок требует температур около 700 °с (1292 °F), которая ухудшает свойства межфазного слоя, если напрямую, выращенных на кремнии. Поэтому ученые вырастили pzt на более подходящий субстрат — базы титаната стронция (sto) в «жертвенный слой» манганит лантана стронция (LSMO), зажатый между ними. Для передачи тонких пленок ЦТС в другой субстрат, исследователи сломали узы, которые объединяли его с LSMO.

«ЦТС прекрасно растет на LSMO», — сказал Saidur Рахман Bakaul, ассистент материалов ученого в Аргонне, который возглавлял исследование. «Мы хотели посмотреть, что произойдет, если мы сократим этот интерфейс.»

После преобразования ЦТС в отдельно стоящем фильме, исследовательская группа перевернул пленку и аккуратно переотложен его на идентичный сто-LSMO субстрата. Это позволило впервые вид отдельностоящий снизу ЦТС по.

«Это похоже на другой стороне Луны, которую вы обычно не видите», — сказал Bakaul.

Команда используется электростатическая силовая микроскопия с 20-нанометрового радиуса пробники для измерения локальных свойств материала сегнетоэлектрика. Их анализ показал, что локальные статические свойства нижней поверхности отдельностоящий ЦТС были очень похожи по сравнению с верхней поверхностью. Этот вывод, говорит Bakaul, является очень обнадеживающим для будущего комплекса оксида микроэлектроники, потому что это подтверждает, что межфазная поверхность переданы ЦТС пленка-это высококачественный слой сегнетоэлектрика. Это означает, что метод перевода должен уметь использовать лучшие материалы из разных миров, таких как ЦТС (сегнетоэлектрик) и кремния (полупроводники). До сих пор, прямой метод роста удалось достичь этого без повреждения межфазной поверхности.

Используя методике силовой микроскопии пьезоотклика изображения , ученые обнаружили, что домен сегнетоэлектрических отдельный слой стены скорость — измерение электростатического энергетического ландшафта сложных оксидов — почти в 1000 раз медленнее, чем сильно связаны как взрослый ЦТС пленок.

Чтобы выяснить, почему, команда впервые исследовали атомные слои на нижней поверхности пленки ЦТС с атомной силовой микроскопии, которая выявила аномалий на поверхности. Для еще поближе, они повернули к центру Аргонна для получения наноразмерных материалов, офис ДОУ научно пользователя объекта, где они использовали рентген нанозондами, чтобы увидеть наклоняется в атомных плоскостей, раскрывая невиданные ранее рябь.

Рябь, — сказал Bakaul, подняться на высоту всего в миллионную с булавочную головку по диаметру, но еще может создать сильное электрическое поле, которое держит доменной стенки от перемещения, теоретический анализ показал. Это утверждение было подтверждено по результатам измерения емкости сканирующего микроскопа.

Наличие таких структурных рябь в сложных оксидов, который раньше был известен как nonbendable керамики, это захватывающее новое научное открытие и будущая площадка для деловых сильный градиент-индуцированный штамм физических явлений, таких как флексоэлектрического эффектов. Однако, в микроэлектронных устройствах, эти крошечные пульсации могут вызвать устройство-устройство изменчивости.

Работа, которая была поддержана управлением ДОУ основной энергии наук, предлагает уникальный и важный уровень детализации о свойствах отдельностоящий сложных оксидных тонких пленок.

«Наше исследование показывает, что этот материал готов для будущих микроэлектронных приложений», — сказал Bakaul, «но это потребует дальнейшего исследования способов избежать этих пульсаций.»

сделать разницу: спонсорские возможности