Name: a fabrication and measurement method for a flexible ferroelectric element based on van der waals heteroepitaxy
Uploaded: 2018-04-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 40 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על ידי הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (גרנט ' קט ' 11402221 ו- 11502224), סימולציה מדינת מפתח מעבדה של אינטנסיבי פעמו קרינה, אפקט (SKLIPR1513) הונאן פרובינציה מפתח המחקר ואת תוכנית פיתוח (מס ' 2016 WK 2014).

1. בדיית סרטים רזה PZT גמיש
<ol><li>חותכים מצע נציץ 1 ס"מ על 1 ס"מ מגיליון נציץ עם מספריים.</li>
	<li>לתקן את המצע נציץ 1 ס"מ על 1 ס"מ על שולחן באמצעות סרט הדבקה דו-צדדי.</li>
	<li>השתמש פינצטה קליפת-off מיכה--השכבה על עד העובי הרצוי (50 מיקרומטר), נמדד עם מיקרומטר.</li>
	<li>להדביק את זה טרי ביקע נציץ המצע על 5'' המצע בעל באמצעות שכבה דקה של צבע כסף ולרפא אותה ב 120 ° C על פלטה חמה למשך 10 דקות להצמיד נציץ על המצע בחוזקה.</li>
	<li>לשים המחזיק המצע לחמש נשקים (פעמו לייזר בתצהיר) לתוך החדר. לחמש נשקים.</li>
	<li>בחר את קצב החזרה (למשל, 10 הרץ), לייזר אנרגיה (למשל, 300 mJ).</li>
	<li>העבר את העדשה התמקדות למצב קבוע.</li>
	<li>פתח הצמצם, להפקיד 5 nm CoFe2O4 (CFO) [לייזר אנרגיה: 300 mJ, לחץ חמצן: 50 mTorr, לדוגמה טמפרטורה: 590 ° C, התצהיר זמן: 5 דקות] סרט דק כשכבה מאגר ידי המעוררים את הלייזר (איור 1).</li>
	<li>הפקדה של 20-80 nm SrRuO3 (הממונה) [לייזר אנרגיה: 300 mJ, לחץ חמצן: 100 mTorr, לדוגמה טמפרטורה: 680 ° C, התצהיר זמן: 10-30 דקות] על השכבה מאגר סמנכ ל כספים כמו האלקטרודה תחתון לבדיקות ביצועים חשמלי העוקבים ידי המעוררים את (לייזר איור 1).</li>
	<li>פיקדון 150 nm PZT [לייזר אנרגיה: 300 mJ, לחץ חמצן: 100 mTorr, לדוגמה טמפרטורה: 650 מעלות, התצהיר זמן: 60 דקות] סרט על גג שמיועד התחתון אלקטרודה דק על ידי מפעילה הלייזר (איור 1).</li>
	<li>לפרוק את התא באמצעות N2 ולהסיר את הדגימה PZT/מיכה (איור 2) כאשר הטמפרטורה מגיעה לטמפרטורת החדר.</li>
	<li>שים המדגם על חתיכת זכוכית.</li>
	<li>לשים רשת מוגדרות מראש בקוטר מיקרומטר 200 על המדגם. לתקן את רשת השינוי היטב ולשים רשת-sample אל החדר המלהגים.</li>
	<li>השתמש DC התזה (10 מא, 8 mbar, 6 דקות) להפקיד Pt העליון אלקטרודות על הסרט. הסר את הדגימה לאחר התזה.</li>
	<li>השתמש חומצה HF סכין או 20% כדי להסיר מקטע PZT 1 מ"מ x 1 מ"מ. זה כדי לחשוף את האלקטרודה שמיועד התחתון ויוצרים רבים קטנים קבלים ferroelectric גמיש. הערה: לגדול שמיועד כמו האלקטרודה התחתון ולאחר מכן להפקיד נק' מעל האלקטרודות בסרטים על ידי DC sputtering להקים קבלים קטנים רבים כדי למדוד את תכונות אלקטרוניות של הסרט דק PZT, המוצג באיור3.</li>
	<li>צבעו מעיל כסף מוליך על הממונה חשוף כדי להגדיל את מוליכות חשמלית של האלקטרודה שמיועד התחתון. ודא כי הכסף מוליך יכולים ליצור קשר עם הממונה חשוף.</li>
</ol>2. אפיון ferroelectric
<ol><li>כיפוף מבחן<ol>
<li>בצד האחורי של המדגם גמיש, דבק נייר באותו גודל המדגם להעברה קלה של המדגם משלב אחד למשנהו.</li>
		<li>מקם את PZT/מיכה על לוח הבדיקה של מנתח מערכת הבדיקה ferroelectric התקן מוליכים למחצה.</li>
		<li>לשים רגש אחד מדידה של מנתח מערכת הבדיקה ferroelectric התקן מוליכים למחצה על האלקטרודה העליון Pt ולשים את החללית מדידה אחרים ברובד כסף-הממונה כדי לקבל את. לולאות היסטרזיס שדה קיטוב-חשמלי (P-E), שדה חשמלי קיבוליות (C-E) עקומות אמנם המדגם מכופפת.<ol>
<li>למדוד את. לולאות היסטרזיס P-E עם שני רגשים בתדר 2 קילו-הרץ, 4 עקומות (פ') מדד ה-C-E עם השני רגשים בתדר 1 מגה-הרץ ו- 4 (פ') הדגימה מכופפת.</li>
		</ol>
</li>
		<li>אבטח את הסרט גמיש דק PZT/מיכה על העובש הרצוי באמצעות סרט הדבקה דו-צדדי. לטפל כדי למנוע את גולשות/גלישה של נציץ במהלך המדידה.</li>
		<li>הר זה על לוח הבדיקה של מנתח מערכת הבדיקה ferroelectric התקן מוליכים למחצה.</li>
		<li>לשים רגש אחד על האלקטרודה העליון Pt בעוד המכשיר השני נוגע האלקטרודה שמיועד התחתון דרך כסף ציפוי דומים לתצורת השתמשו קודם לכן (שלב 2.1.3).</li>
		<li>למדוד את לולאות היסטרזיס P-E ואת C-E עיקולים שונים מתיחה, compressive כיפוף רדיוס (איור 4).<ol>
<li>למדוד את. לולאות היסטרזיס P-E עם שני רגשים בתדר 2 kHz ו 4 עקומות (פ') מדד ה-C-E עם שני רגשים בתדר 1 מגה-הרץ ו- 4 V.</li>
		</ol>
</li>
		<li>הסר את הדגימה PZT גמיש לאחר השלמת המדידות P-E ו- C-E.</li>
	</ol>
</li>
	<li>יציבות תרמית<ol>
<li>ותצברו PZT/מיכה את המבחן של מנתח מערכת הבדיקה ferroelectric התקן מוליכים למחצה.</li>
		<li>לשים רגש מדידה אחד על האלקטרודה העליון Pt ולשים את החללית מדידה אחרים ברובד כסף-הממונה.</li>
		<li>פתח את מערכת בקרת טמפרטורה לחמם את הדגימה.</li>
		<li>לנהל את המידות P-E ו- C-E בטמפרטורות שונות (25 ° C, 50 ° C, 75 ° C, 100 ° C, 125 º C, 150 ° C, 175 ° C).</li>
		<li>כבה את מכלול החימום אחרי המדידות נעשות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בדיקות cyclability כיפוף<ol>
<li>לטעון את PZT/מיכה גמיש לתוך החריצים שני של תוכנית התקנה זו.</li>
		<li>לתקן את קצה אחד של הדגימה בזמן זה כפופה מהקצה השני בעזרת מנוע.</li>
		<li>להשתמש בסרגל כדי למדוד את אורך PZT/נציץ יחד עם כיוון התנועה (כיפוף) המנוע לפני 8 מ"מ כיפוף תהליך (איור 5).</li>
		<li>לחשב את אורך תנועה C כדי לכופף את הדגימה 5 מ מ לפי הנוסחה: C=L-2Rsin(L/2R), איפה L הוא אורך PZT/מיכה במצב מכופפת, R הוא רדיוס כיפוף וכן C אורך תנועה של המנוע.</li>
		<li>קבע מספר כיפוף מחזורי (1000) במחשב (איור 6).</li>
		<li>לחץ על הלחצן התחל (איור 6) ליזום את התנועה הלוך המנוע.</li>
		<li>הסר את הדגימה ולמדוד את ה-P-E כדי לבדוק אם המאפיינים ferroelectric נשמרים.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kim, W. Y., Lee, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+ferroelectric+poly+(vinylidene+fluoride-trifluoroethylene)+film+for+flexible+nonvolatile+memory+application.">Stable ferroelectric poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) film for flexible nonvolatile memory application.</a> IEEE Electron Device Letters. 33 (2), 260-262 (2012).</li><li>Mao, D., Quevedo-Lopez, M. A., Stiegler, H., Gnade, B. E., Alshareef, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+poly(vinylidene+fluoride-trifluoroethylene)+films+as+non-volatile+memory+for+flexible+electronics.">Optimization of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) films as non-volatile memory for flexible electronics.</a> Organic Electronics. 11 (5), 925-932 (2010).</li><li>Lee, G. G., 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=The+flexible+non-volatile+memory+devices+using+oxide+semiconductors+and+ferroelectric+polymer+poly(vinylidene+fluoride-trifluoroethylene).">The flexible non-volatile memory devices using oxide semiconductors and ferroelectric polymer poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene).</a> Applied Physics Letters. 99 (1), 012901-012903 (2011).</li><li>Kim, R. H., 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=Non-volatile+organic+memory+with+sub-millimeter+bending+radius.">Non-volatile organic memory with sub-millimeter bending radius.</a> Nature Communications. 5, 3583-3594 (2014).</li><li>Liu, 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=Fabrication+of+Flexible,+All-Reduced+graphene+oxide+non-volatile+memory+devices.">Fabrication of Flexible, All-Reduced graphene oxide non-volatile memory devices.</a> Advanced Materials. 25 (2), 233-238 (2013).</li><li>Ji, 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=Stable+switching+characteristics+of+organic+nonvolatile+memory+on+a+bent+flexible+substrate.">Stable switching characteristics of organic nonvolatile memory on a bent flexible substrate.</a> Advanced Materials. 22 (28), 3071-3075 (2010).</li><li>Ghoneim, M. T., 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=Thin+PZT-based+ferroelectric+capacitors+on+flexible+silicon+for+nonvolatile+memory+applications.">Thin PZT-based ferroelectric capacitors on flexible silicon for nonvolatile memory applications.</a> Advanced Electronic Materials. 1 (6), 1500045-1500054 (2015).</li><li>Ghoneim, M. T., Hussain, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+harsh+environment+operation+of+flexible+ferroelectric+memory+integrated+with+PZT+and+silicon+fabric.">Study of harsh environment operation of flexible ferroelectric memory integrated with PZT and silicon fabric.</a> Applied. Physics. Letters. 107 (5), 052904-052908 (2015).</li><li>Zuo, 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=Preparation+and+ferroelectric+properties+of+freestanding+Pb(Zr,Ti)O3+thin+membranes.">Preparation and ferroelectric properties of freestanding Pb(Zr,Ti)O3 thin membranes.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 45 (18), 185302-185306 (2012).</li><li>Kingon, A. I., Srinivasan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lead+zirconate+titanate+thin+films+directly+on+copper+electrodes+for+ferroelectric,+dielectric+and+piezoelectric+applications.">Lead zirconate titanate thin films directly on copper electrodes for ferroelectric, dielectric and piezoelectric applications.</a> Nature Materials. 4 (3), 233-237 (2005).</li><li>Shelton, C. T., Gibbons, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+Pb(Zr,Ti)O3+thin+films+on+flexible+substrates.">Epitaxial Pb(Zr,Ti)O3 thin films on flexible substrates.</a> Journal of the American Ceramic Society. 94 (10), 3223-3226 (2011).</li><li>Rho, 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=PbZrxTi1&#8722;xO3+Ferroelectric+thin-film+capacitors+for+flexible+nonvolatile+memory+applications.">PbZrxTi1&#8722;xO3 Ferroelectric thin-film capacitors for flexible nonvolatile memory applications.</a> IEEE Electron Device Letters. 31 (9), 1017-1019 (2010).</li><li>Bretos, I., 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=Activated+Solutions+Enabling+Low-Temperature+processing+of+functional+ferroelectric+oxides+for+flexible+electronics.">Activated Solutions Enabling Low-Temperature processing of functional ferroelectric oxides for flexible electronics.</a> Advanced Materials. 26 (9), 1405-1409 (2014).</li><li>Tsagarakis, E. D., Lew, C., Thompson, M. O., Giannelis, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocrystalline+barium+titanate+films+on+flexible+plastic+substrates+via+pulsed+laser+annealing.">Nanocrystalline barium titanate films on flexible plastic substrates via pulsed laser annealing.</a> Applied Physics Letters. 89 (20), 202910-202912 (2006).</li><li>Bakaul, S. R., 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=High+speed+epitaxial+perovskite+memory+on+flexible+substrates.">High speed epitaxial perovskite memory on flexible substrates.</a> Advanced Materials. 29 (11), 1605699-1605703 (2017).</li><li>Li, C. I., 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=Van+der+Waal+epitaxy+of+flexible+and+transparent+VO2+film+on+muscovite.">Van der Waal epitaxy of flexible and transparent VO2 film on muscovite.</a> Chemistry of Materials. 28 (11), 3914-3919 (2016).</li><li>Ma, C. H., 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=Van+der+Waals+epitaxy+of+functional+MoO2+film+on+mica+for+flexible+electronics.">Van der Waals epitaxy of functional MoO2 film on mica for flexible electronics.</a> Applied Physics Letters. 108 (25), 253104-253108 (2016).</li><li>Bitla, 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=Oxide+heteroepitaxy+for+flexible+optoelectronics.">Oxide heteroepitaxy for flexible optoelectronics.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 8 (47), 32401-32407 (2016).</li><li>Wu, P. C., 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=Heteroepitaxy+of+Fe3O4/muscovite:+A+new+perspective+for+flexible+spintronics.">Heteroepitaxy of Fe3O4/muscovite: A new perspective for flexible spintronics.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 8 (49), 33794-33801 (2016).</li><li>Jiang, 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=Flexible+ferroelectric+element+based+on+van+der+Waals+heteroepitaxy.">Flexible ferroelectric element based on van der Waals heteroepitaxy.</a> Science Advances. 3 (6), e1700121-e1700128 (2017).</li><li>Amrillah, T., 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=Flexible+multiferroic+bulk+heterojunction+with+giant+magnetoelectric+coupling+via+van+der+waals+epitaxy.">Flexible multiferroic bulk heterojunction with giant magnetoelectric coupling via van der waals epitaxy.</a> ACS Nano. 11 (6), 6122-6130 (2017).</li><li>Bitla, Y., Chu, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MICAtronics:+A+new+platform+for+&#64258;exible+X-tronics.">MICAtronics: A new platform for &#64258;exible X-tronics.</a> Flat Chem. 3, 26-42 (2017).</li><li>Chu, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Van+der+Waals+oxide+heteroepitaxy.">Van der Waals oxide heteroepitaxy.</a> Quantum Materials. 2 (1), 67-71 (2017).</li></ol>

המחברים יש אינטרסים כלכליים מתחרים לא לחשוף.

הצעד מפתח הזיוף של אלמנטים ferroelectric נמצא בשימוש של משטח המצע נקי, אפילו/שטוח. למרות השטח נציץ cleaved טרי הוא מאגרי חלקה, יש צורך לשים לב מניעת סבל נלוו גלוי משטחים, לפצל את שכבות, סדקים, הכללות, וכו ' לאחר הפקדת השכבה PZT, המדגם היה מקורר תחת לחץ חמצן גבוהה (200-500 טנדר של גוה של) כדי להפחית את משרו?...

הזיוף המוצלח של רכיבי זיכרון לא נדיף גמיש (NVME) ממלא תפקיד מרכזי בניצול הפוטנציאל המלא של אלקטרוניקה גמישה. NVME יהיה כוללים קל משקל, צריכת עלות נמוכה, צריכת חשמל נמוכה, מהירות גבוהה, יכולות צפיפות גבוהה אחסון חוץ אחסון נתונים, עיבוד מידע ותקשורת. O פרוביסקיט Pb (Zr, Ti)3 (PZT) פועל כמערכת פופולרי עבור יישומים כגון בהתחשב שלה גדול קיטוב, קיטוב מהיר מיתוג, טמפרטורת קירי גבוה, נמוך שדה הכפייתיים, מקדם פיזואלקטריים גבוהה. בזכרונות לא נדיף ferroelectric, הדופק מתח חיצוני באפשרותך לעבור את polarizations שריד שני בין שני כיוונים יציב, המיוצג על-ידי '0' ל- '1'. זה לא נדיף, תהליך כתיבה/קריאה יכול להסתיים בתוך ננו שניות. NVME מבוסס על אורגני1,2,3,4,5,6 ו אי-אורגנית7,8,9,10 ,11,12,13,14,15 ferroelectric חומרים נוסו על מצעים גמיש. עם זאת, שילוב כזה מוגבל על ידי לא רק של סובסטרטים חוסר היכולת של טמפרטורה גבוהה אבל גם את ביצועי המכשיר מפורק, זליגת הנוכחי וצמיחה לקצר חשמלי עקב שלהם משטחים גסים. למרות תוצאות מבטיחות, לסירוגין אסטרטגיות כמו דילול של המצע8 ולסבול ההעברה שכבה epitaxial על מצע גמיש15 הכדאיות מוגבלת על רקע תהליך רב-שלבי מתוחכמים, . הבלתי צפוי של העברה, תחולתה מוגבלת
מהסיבות הנ ל, חיוני כדי לחקור את המצע המתאים כי הוא מסוגל להתגבר על stabilities תרמית ותפעולי מוגבלת של מצעים רכים כדי לקדם אלקטרוניקה גמישה. טבעי מוסקבאי מיכה (קאל2(AlSi3O10) (OH)2) המצע עם תכונות ייחודיות כמו מאגרי להחלקת משטחים, יציבות תרמית גבוהה, אינרטיות כימית מצוינת ועמידות, שקיפות גבוהה, גמישות מכני, ו תאימות עם שיטות ייצור הנוכחי ניתן להתמודד בצורה יעילה עם בעיות אלה. ויותר מכך, מבנה שכבות דו-ממדיות נציץ המונוקלינית תומך ואן דר Waals epitaxy, אשר מפחית את הסיכון של סריג, התאמת תנאי, בצורה משמעותית ובכך לדכא את המצע מחבר חובק למעקה אפקט תרמי. יתרונות אלה היה לנצל את הצמיחה ישירה של תחמוצות פונקציונלי16,17,18,19,20,21,22, 23 על מוסקוביט לאחרונה, על רקע יישומי המכשיר גמיש.
במסמך זה, אנו מתארים את פרוטוקול לגדול ישירות epitaxial עופרת עדיין גמיש זירקוניום חומצה טיטנית (PZT) סרטים רזה על מוסקבאי מיכה. זו מושגת בתהליך דפוזיציה לייזר פעמו להסתמך על מאפיינים מגוונים של מישה, וכתוצאה מכך ואן דר Waals heteroepitaxy. מבנים אלו מפוברק שומרים על כל המאפיינים מעולה של epitaxial PZT על נוקשה סובסטרטים גבישי יחיד ותערוכות stabilities מכאני ותרמי מעולה. גישה זו פשוטה ואמינה מספק יתרון טכנולוגי על העברת רב-שלבי, המצע דליל אסטרטגיות ומקל על התפתחות הרבה המיוחל גמיש אך חד-גבישי לא נדיף הזיכרון הרכיבים המהווים דרישה מוקדמת עבור הדור הבא מכשירים חכמים עם ביצועים גבוהים.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>hot plate</td><td>Polish</td><td>P-20</td><td></td></tr><tr><td>PLD system</td><td>PVD products</td><td>PLD 5000</td><td></td></tr><tr><td>Ferroelectric test system&amp;nbsp;</td><td>Radiant Technologies Precisions workstations&amp;nbsp;</td><td>RT66A</td><td></td></tr><tr><td>Semiconductor device analyzer&amp;nbsp;</td><td>Agilent&amp;nbsp;</td><td>B1500A</td><td></td></tr><tr><td>Bending molds</td><td>home-made</td><td></td><td>Machined teflon material</td></tr><tr><td>Bending stage</td><td>home-built</td><td></td><td>Labview interfaced setup which provides a prescise displacemnt as small as 1 micrometer</td></tr><tr><td>Sputtering system</td><td>Beijing&amp;nbsp;Elaborate</td><td>ETD-3000</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Materials&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>mica(001) sheets</td><td>Nilaco corporation&amp;nbsp;</td><td>990066</td><td></td></tr><tr><td>conductive silver paint</td><td>Ted Pella, INC</td><td>No.16033</td><td></td></tr><tr><td>CoFe&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; target</td><td>Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SrRuO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; target</td><td>Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PbZr&lt;sub&gt;0.2&lt;/sub&gt;Ti&lt;sub&gt;0.8&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;3 &lt;/sub&gt;target</td><td>Kurt J.Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pt target</td><td>Hefei Ke jing</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

a fabrication and measurement method for a flexible ferroelectric element based on van der waals heteroepitaxy

זיכרונות לא נדיף גמיש קיבלו תשומת לב רבה כפי שהם ישימים עבור התקן אלקטרוני חכם נייד בעתיד, בהסתמך על אחסון נתונים בצפיפות גבוהה ויכולות צריכת חשמל נמוכה. עם זאת, הזיכרון לא נדיף תחמוצת באיכות גבוהה המבוססת על מצעים גמיש לעיתים קרובות מוגבלת על-ידי המאפיינים גשמי ואת תהליך בלתי נמנעת פבריקציה נוספת בטמפרטורות גבוהות. בנייר זה, פרוטוקול מוצע לגדול ישירות epitaxial עדיין גמיש עופרת זירקוניום חומצה טיטנית זיכרון רכיב על מוסקבאי מיכה. השיטה טכניקה ומדידה התצהיר רב-תכליתי לאפשר הזיוף של זיכרון נדיף גמיש אך חד-גבישי האלמנטים הדרושים עבור הדור הבא של מכשירים חכמים.

הסרטים דק PZT/הממונה/סמנכ ל כספים/מיכה epitaxial הופקדו עם טכניקה התצהיר לייזר פעמו כמתואר בשלב 1. איור 1 מציג את ערכת גידול ומציג איור 2 רכיב NVM גמיש בפועל בהתבסס על PZT.

יציבות מכנית היא היבט חיוני של יישום התקן...

Watch this Scientific Journal Video about A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy at JoVE.com

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

בנייר זה, אנו מציגים פרוטוקול לגדול ישירות של epitaxial עדיין עופרת גמיש זירקוניום חומצה טיטנית רכיב זיכרון על מוסקבאי מיכה.

ייצור ושיטת מדידה לרכיב Ferroelectric גמיש בהתבסס על ואן דר Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

a-fabrication-measurement-method-for-flexible-ferroelectric-element

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

8.2K Views.  Xiangtan University. בנייר זה, אנו מציגים פרוטוקול לגדול ישירות של epitaxial עדיין עופרת גמיש זירקוניום חומצה טיטנית רכיב זיכרון על מוסקבאי מיכה.

Video: A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Sputter Growth and Characterization of Metamagnetic B2-ordered FeRh Epilayers

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using sputtering techniques. Here we describe a method for preparing epitaxial thin films of B2-ordered FeRh by sputter deposition onto single crystal MgO substrates. Deposition at a slow rate onto a heated substrate allows time for the adatoms to both settle into a lattice with a well-defined epitaxial relationship with the substrate and also to find their proper places in the Fe and Rh sublattices of the B2 structure. The structure is conveniently characterized with X-ray reflectometry and diffraction and can be visualised directly using transmission electron micrograph cross-sections. B2-ordered FeRh exhibits an unusual metamagnetic phase transition: the ground state is antiferromagnetic but the alloy transforms into a ferromagnet on heating with a typical transition temperature of about 380 K. This is accompanied by a 1% volume expansion of the unit cell: isotropic in bulk, but laterally clamped in an epilayer. The presence of the antiferromagnetic ground state and the associated first order phase transition is very sensitive to the correct equiatomic stoichiometry and proper B2 ordering, and so is a convenient means to demonstrate the quality of the layers that can be deposited with this approach. We also give some examples of the various techniques by which the change in phase can be detected.

A method to prepare epitaxial layers of ordered alloys by sputtering is described. The B2-ordered FeRh compound is used as an example, as it displays a metamagnetic transition that depends sensitively on the degree of chemical order and the exact composition of the alloy.

גמגום צמיחה ואפיון של epilayers FeRh הורה B2 Metamagnetic

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using ...

Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene

Recent progress in the field of organic materials has yielded devices such as organic light emitting diodes (OLEDs) which have advantages not found in traditional materials, including low cost and mechanical flexibility. In a similar vein, it would be advantageous to expand the use of organics into high frequency electronics and spin-based electronics. This work presents a synthetic process for the growth of thin films of the room temperature organic ferrimagnet, vanadium tetracyanoethylene (V[TCNE]x, x~2) by low temperature chemical vapor deposition (CVD). The thin film is grown at &#60;60 &#176;C, and can accommodate a wide variety of substrates including, but not limited to, silicon, glass, Teflon and flexible substrates. The conformal deposition is conducive to pre-patterned and three-dimensional structures as well. Additionally this technique can yield films with thicknesses ranging from 30 nm to several microns. Recent progress in optimization of film growth creates a film whose qualities, such as higher Curie temperature (600 K), improved magnetic homogeneity, and narrow ferromagnetic resonance line-width (1.5 G) show promise for a variety of applications in spintronics and microwave electronics.

We present the synthesis of the organic-based ferrimagnet vanadium tetracyanoethylene (V[TCNE]x, x~2) via low temperature chemical vapor deposition (CVD). This optimized recipe yields an increase in Curie temperature from 400 K to over 600 K and a dramatic improvement in magnetic resonance properties.

כימית החמקן הפקדת של מגנט אורגני, ונדיום Tetracyanoethylene

Recent progress in the field of organic materials has yielded devices such as organic light emitting diodes (OLEDs) which have advantages not found in ...

Chemistry

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

שיטות ניסיוניות מתקדמות לטמפרטורה נמוכה Magnetotransport מדידה של חומרים חדשים

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

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.

This work details the procedures for the growth and characterization of crystalline SrTiO3 directly on germanium substrates by atomic layer deposition. The procedure illustrates the ability of an all-chemical growth method to integrate oxides monolithically onto semiconductors for metal-oxide semiconductor devices.

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

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

Fabrication of Flexible Image Sensor Based on Lateral NIPIN Phototransistors

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, but several challenging points remain, such as a low absorption efficiency due to a thin active layer and low flexibility. We present an advanced method to fabricate a flexible phototransistor array with an improved electrical performance. The outstanding electrical performance is driven by a low dark current owing to deep impurity doping. Stretchable and flexible metal interconnectors simultaneously offer electrical and mechanical stabilities in a highly deformed state. The protocol explicitly describes the fabrication process of the phototransistor using a thin silicon membrane. By measuring I-V characteristics of the completed device in deformed states, we demonstrate that this approach improves the mechanical and electrical stabilities of the phototransistor array. We expect that this approach to a flexible phototransistor can be widely used for the applications of not only next-generation imaging systems/optoelectronics but also wearable devices such as tactile/pressure/temperature sensors and health monitors.

We present a detailed method to fabricate a deformable lateral NIPIN phototransistor array for curved image sensors. The phototransistor array with an open mesh form, which is composed of thin silicon islands and stretchable metal interconnectors, provides flexibility and stretchability. The parameter analyzer characterizes the electrical property of the fabricated phototransistor.

ייצור של חיישן גמיש בהתאם לרוחב NIPIN Phototransistors

Flexible photodetectors have been intensely studied for the use of curved image sensors, which are a crucial component in bio-inspired imaging systems, ...

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (Cu variant) entropy-stabilized oxides. Phase pure and chemically homogeneous (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (x = 0.20, 0.27, 0.33) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (x = 0.11, 0.27) ceramic pellets are synthesized and used in the deposition of ultra-high quality, phase pure, single crystalline thin films of the target stoichiometry. A detailed methodology for the deposition of smooth, chemically homogeneous, entropy-stabilized oxide thin films by pulsed laser deposition on (001)-oriented MgO substrates is described. The phase and crystallinity of bulk and thin film materials are confirmed using X-ray diffraction. Composition and chemical homogeneity are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The surface topography of thin films is measured with scanning probe microscopy. The synthesis of high quality, single crystalline, entropy-stabilized oxide thin films enables the study of interface, size, strain, and disorder effects on the properties in this new class of highly disordered oxide materials.

The synthesis of high quality bulk and thin film (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O entropy-stabilized oxides is presented.

בתפזורת, סרט דק סינתזה של תחמוצות מיוצב אנטרופיה Variant מאלכוהול

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

שיטה סטנדרטית ואמינה כדי לפברק Nanoelectronics דו מימדי

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Measuring Magnetically-Tuned Ferroelectric Polarization in Liquid Crystals

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due to their potential applications for future device technologies such as sensors and storage. However, conventional approaches, which usually utilize materials containing magnetic metal ions (or radicals), have a major problem: only a few materials have been found to show the coupling phenomena at room temperature. Recently, we proposed a new approach to achieve room-temperature magnetoelectrics. In contrast to conventional approaches, our alternative proposal focuses on a completely different material, a &#34;liquid crystal&#34;, free from magnetic metal ions. In such liquid crystals, a magnetic field can be utilized to control the orientational state of constituent molecules and the corresponding electric polarization through magnetic anisotropy of the molecules; it is an unprecedented mechanism of the magnetoelectric effect. In this context, this paper provides a protocol to measure ferroelectric properties induced by a magnetic field, that is, the direct magnetoelectric effect, in a liquid crystal. With the method detailed here, we successfully detected magnetically-tuned electric polarization in the chiral smectic C phase of a liquid crystal at room temperature. Taken together with the flexibility of constituent molecules, which directly affects the magnetoelectric responses, the introduced method will serve to allow liquid crystal cells to acquire more functions as room-temperature magnetoelectrics and associated optical materials.

In this report, we present a protocol to examine direct magnetoelectric effects, i.e., induction of ferroelectric polarization by applying magnetic fields, in liquid crystals. This protocol provides a unique approach, supported by the softness of liquid crystals, to achieve room-temperature magnetoelectrics.

מדידה מגנטית, מכוון קיטוב Ferroelectric גבישי נוזלי

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due ...

Fabricating van der Waals Heterostructures with Precise Rotational Alignment

In this work we describe a technique for creating new crystals (van der Waals heterostructures) by stacking distinct ultrathin layered 2D materials. We demonstrate not only lateral control but, importantly, also control over the angular alignment of adjacent layers. The core of the technique is represented by a home-built transfer setup which allows the user to control the position of the individual crystals involved in the transfer. This is achieved with sub-micrometer (translational) and sub-degree (angular) precision. Prior to stacking them together, the isolated crystals are individually manipulated by custom-designed moving stages that are controlled by a programmed software interface. Moreover, since the entire transfer setup is computer controlled, the user can remotely create precise heterostructures without coming into direct contact with the transfer setup, labeling this technique as &#8220;hands-free&#8221;. In addition to presenting the transfer set-up, we also describe two techniques for preparing the crystals that are subsequently stacked.

In this work we describe a technique that is used to create new crystals (van der Waals heterostructures) by stacking ultrathin layered 2D materials with precise control over position and relative orientation.

בדיית ואן דר ואלס הטרובנים עם יישור סיבוב מדויק

In this work we describe a technique for creating new crystals (van der Waals heterostructures) by stacking distinct ultrathin layered 2D materials. We ...