Rute Cepat Menuju Film Tipis Oksida Kristal Tunggal Berdiri Bebas dengan Menggunakan YBa2Cu3O7-x sebagai Lapisan Pengorbanan
Abstrak
Para peneliti telah lama mencari bahan multifungsi yang dapat diadopsi untuk nanoelektronik generasi berikutnya, dan yang, mudah-mudahan, kompatibel dengan pemrosesan semikonduktor saat ini untuk integrasi lebih lanjut. Sepanjang vena ini, oksida kompleks telah mendapatkan banyak perhatian karena fungsinya yang serbaguna. Terlepas dari kenyataan bahwa potensi oksida kompleks yang tidak terbatas telah diperiksa selama beberapa tahun terakhir, salah satu tantangan utama terletak pada integrasi langsung oksida fungsional ini ke perangkat yang ada atau substrat yang ditargetkan yang secara inheren tidak kompatibel dalam hal pertumbuhan oksida. Untuk memenuhi tujuan ini, proses berdiri bebas telah diusulkan, di mana etsa basah dari lapisan pengorbanan yang dimasukkan dianggap sebagai salah satu cara paling efisien untuk mendapatkan film tipis berkualitas tinggi epitaksi. Dalam penelitian ini, kami mengusulkan menggunakan oksida alternatif, YBa2 Cu3 O7 (YCBO), sebagai lapisan korban, yang dapat dengan mudah dilarutkan dalam asam klorida ringan dengan cara yang lebih efisien, sekaligus melindungi oksida kompleks terpilih secara utuh. Kualitas epitaksial yang tinggi dari oksida kompleks yang dipilih sebelum dan sesudah proses berdiri bebas menggunakan YBCO sebagai lapisan korban dipelajari secara komprehensif melalui kombinasi mikroskop gaya atom, difraksi sinar-X, mikroskop elektron transmisi, dan transpor listrik. Pendekatan ini memungkinkan integrasi langsung oksida kompleks dengan substrat dan perangkat arbitrer dan diharapkan menawarkan rute yang lebih cepat menuju pengembangan material kuantum berdimensi rendah.
Pengantar
Industri semikonduktor telah sangat mempengaruhi ilmu pengetahuan dan masyarakat modern sejak transistor pertama dibuat. Untuk mengembangkan bahan dan perangkat fungsional di luar teknologi modern, bahan oksida sangat penting karena sifat fisiknya yang serbaguna [1, 2]. Selama beberapa dekade terakhir, oksida kompleks telah menarik perhatian besar karena fleksibilitas, stabilitas, dan kemudahan fabrikasi [3, 4]. Untuk mengeksplorasi sifat tersembunyi dalam bahan, diperlukan sampel berkualitas tinggi [5]. Dengan demikian, heteroepitaxy film tipis oksida tampak khas karena memberikan kualitas sampel yang tinggi yang sebanding dengan kristal tunggal. Akibatnya, pemilihan substrat yang sesuai telah menjadi faktor penting dalam pertumbuhan film epitaksi berkualitas tinggi karena struktur dan sifat film tipis terkait erat dengan kendala antarmuka/interaksi antara substrat dasar dan film tipis [6]. Adopsi substrat kristal tunggal untuk bahan individu secara signifikan akan mempengaruhi kinerja oksida kompleks, karena ketidakcocokan kisi dan efek penjepitan substrat [7, 8]. Persyaratan substrat kristal tunggal dan kendala yang dihasilkan dari keberadaan substrat pada dasarnya membuat tantangan yang signifikan untuk integrasi oksida epitaxial dengan perangkat berbasis silikon dan praktis [9]. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, teknik transfer yang sesuai diperlukan untuk mendapatkan film tipis yang berdiri bebas yang selanjutnya dapat ditransfer ke substrat yang diinginkan atau elektronik yang ada [10,11,12,13]. Oleh karena itu, penghilangan substrat yang kaku merupakan cara yang mudah untuk mendapatkan film tipis epitaksi yang berdiri bebas [11,12,13].
Dalam hal penghilangan substrat kristal tunggal yang mendasari sambil menjaga film epitaksi tetap utuh, dua pendekatan paling konvensional adalah pengangkatan laser dan penggunaan lapisan pengorbanan. Proses pengangkatan laser pertama kali diadopsi untuk mentransfer GaN dari safir ke silikon [14]. Karena celah pita yang besar dari substrat safir, ia tidak akan menyerap energi yang dieksitasi oleh laser excimer, sedangkan film GaN akan menyerap sebagian besar energi laser berdenyut dalam waktu singkat. Dengan pulsa laser yang sangat pendek, GaN akan terlepas dari substrat safir dan dengan demikian dapat ditransfer ke silikon atau substrat lain yang diinginkan. Namun, permukaan film yang ditransfer biasanya kasar karena bombardir laser excimer. Oleh karena itu, biasanya diperlukan proses annealing setelah dipindahkan untuk memulihkan permukaan dan kualitas sampel [15, 16]. Pendekatan umum lainnya adalah penggunaan lapisan pengorbanan yang disisipkan di antara film oksida fungsional dan substrat. Langkah penting dari pendekatan ini adalah pemilihan lapisan pengorbanan dan solusi etsa yang sesuai. Lapisan korban harus memiliki parameter kisi serupa dengan film tipis yang diinginkan untuk memungkinkan pertumbuhan epitaksi tanpa menyebabkan sejumlah besar cacat. Selain pemilihan substrat, solusi yang sesuai sangat penting. Harus diperhatikan bahwa larutan etsa yang ideal hanya melarutkan lapisan korban dan tidak akan merusak film yang diinginkan. Sepanjang vena ini, Lu et al. [17] mengusulkan pendekatan dengan menggunakan Sr3 Al2 O6 (SAO) sebagai lapisan pengorbanan untuk menghasilkan superlattices oksida kompleks yang berdiri sendiri. Keuntungan menggunakan SAO adalah SAO larut dalam air. Itu dapat dengan mudah dihilangkan dengan direndam dalam air murni. Terlepas dari kenyataan bahwa SAO dapat dilarutkan dalam air netral, konstanta kisi besar SAO kubik tidak cocok dengan beberapa oksida kompleks fungsional. Selain itu, tingkat etsa SAO lambat, biasanya memakan waktu hingga 30 h untuk etsa lapisan pengorbanan SAO yang disisipkan setebal 20 nm di sebagian besar heterostruktur. Untuk proses berdiri bebas yang cepat, Bakaul et al. [18] dilakukan pertumbuhan epitaksial Pb(Zr0.2 Ti0,8 )O3 (PZT) film tipis pada SrTiO3 (STO) substrat menggunakan (Lax Sr1-x )MnO3 (LSMO) sebagai lapisan korban. Heterostruktur bilayer ini kemudian direndam dalam larutan kalium iodida/asam klorida (KI/HCl) untuk menghilangkan lapisan LSMO yang dapat dilarutkan oleh KI/HCI dengan kecepatan etsa yang lebih cepat daripada PZT. Namun demikian, meskipun solusi KI/HCI mengetsa LSMO dalam kecepatan yang jauh lebih cepat, masih menyebabkan sebagian kerusakan pada film tipis yang diinginkan. Akibatnya, mencari lapisan pengorbanan yang sesuai dengan selektivitas yang lebih tinggi dan tingkat etsa yang lebih cepat menjadi masalah penting dalam pengembangan film tipis yang berdiri sendiri.
Di sini, kami mengusulkan metode berdiri bebas yang efisien dengan mengadopsi YBa2 Cu3 O7-x (YBCO), yang mudah larut dalam HCl, sebagai lapisan kurban alternatif. Pemanfaatan YBCO sebagai lapisan korban memungkinkan kita untuk memisahkan film epitaxial yang diinginkan dari substrat dalam waktu yang jauh lebih singkat. Dengan serangkaian analisis struktural dan verifikasi fungsionalitas, kami memverifikasi bahwa proses berdiri sendiri dengan menggunakan YBCO sebagai lapisan korban adalah pendekatan universal untuk fabrikasi oksida kompleks berkualitas tinggi.
Metode
Pertumbuhan Film Tipis
Sampel berisi dua komponen, lapisan berdiri bebas dan lapisan penyangga. Kedua lapisan ditanam pada substrat STO melalui deposisi laser berdenyut menggunakan laser excimer KrF 248-nm. Kondisi pengendapan dapat bervariasi dari satu oksida ke oksida lainnya. YBCO dengan ketebalan 24 nm diendapkan pada tekanan oksigen 60 mTorr pada 750 °C dengan daya laser 200 mJ dan laju pengulangan laser 10 Hz, sedangkan LSMO dan SrRuO3 (SRO) diendapkan pada tekanan oksigen 100 mTorr pada 700 °C dengan kekuatan laser 250 mJ dan tingkat pengulangan laser 10 Hz. Selama pertumbuhan, difraksi elektron energi tinggi reflektif diterapkan untuk memantau mode pertumbuhan dan jumlah lapisan deposisi.
Etsa dan Transfer
Setelah pengendapan, sampel kemudian dilapisi dengan poli metil metakrilat (PMMA), lapisan elastomer yang memberikan dukungan fisik, menjaganya agar tidak robek selama proses berikut. Sampel dipanggang lebih lanjut pada 120 °C selama 5 menit untuk sedikit mengeringkan PMMA di atasnya. Heterostruktur yang ditutupi oleh PMMA kemudian akan direndam dalam asam klorida 0,6% untuk melarutkan lapisan YBCO. Hanya perlu beberapa menit untuk benar-benar melarutkan lapisan pengorbanan. Setelah proses etsa, heterostruktur dicelupkan ke dalam air deionisasi untuk dibersihkan. Setelah proses pembersihan, kami hanya mengambil film tipis yang mengalir bebas dari air de-ionisasi ke substrat/perangkat yang diinginkan. Setelah film diambil, film akan dipanggang di atas hot plate untuk menghilangkan air pada tahap sebelumnya. Terakhir, aseton diperkenalkan untuk menghilangkan dukungan PMMA.
Analisis Struktural
Struktur kristal film tipis dikarakterisasi dengan teknik difraksi sinar-X berbasis sinkrotron pada beamline 17A, 17B, dan 13A di National Synchrotron Radiation Research Center, Taiwan.
Pengamatan STEM
Gambar scanning transmission electron microscopy (STEM) diambil menggunakan JEOL ARM200F yang dilengkapi dengan korektor spherical aberration (Cs) pada tegangan akselerasi 200 kV. Sudut semi konvergen adalah 25 mrad yang terbentuk di bawah probe elektron 1 Å, dan sudut semi koleksi detektor medan gelap annular sudut tinggi (HAADF) adalah dari 68 hingga 280 mrad.
Pengukuran Transportasi
Kontak listrik dibuat dalam konfigurasi probe empat titik dengan proses fotolitografi. Kontak dibuat oleh Cr (3 nm) dan Au (60 nm). Probe empat titik adalah metode yang berguna untuk mengukur resistivitas sampel. Dua dari probe diadopsi untuk menerapkan arus listrik, sedangkan dua probe lainnya digunakan untuk mengukur penurunan tegangan untuk menentukan resistivitas. Ketergantungan temperatur terhadap resistivitas dilakukan dengan menggunakan Sistem Pengukuran Sifat Fisika dengan Quantum Design (PPMS). Sampel pertama-tama dipanaskan hingga 400 K, dan pengukuran dilakukan selama proses pendinginan untuk mengungkapkan ketergantungan suhu terhadap resistivitas.
Hasil dan Diskusi
Dalam karya ini, lapisan pengorbanan alternatif, YBCO, yang dapat diukir lima kali lebih cepat daripada LSMO diadopsi. YBCO adalah bahan superkonduktor suhu tinggi yang memiliki struktur ortorombik dengan konstanta kisi a =3,82 Å, b =3,89 Å, dan c =11,68 Å.
7
Konstanta kisi a - dan b -sumbu sebanding dengan sebagian besar oksida kompleks, memungkinkan pertumbuhan epitaksial berkualitas tinggi dari film yang diinginkan pada YBCO. Proses berdiri bebas menggunakan YBCO sebagai lapisan pengorbanan diilustrasikan pada Gambar. 1. Untuk menawarkan demonstrasi yang meyakinkan, heterostruktur LSMO/YBCO pertama kali diendapkan pada substrat STO dengan menggunakan deposisi laser berdenyut, yang berfungsi sebagai sistem pemodelan. Perlu diketahui bahwa LSMO telah diimplementasikan sebagai lapisan pengorbanan untuk proses berdiri sendiri pada penelitian sebelumnya [18]. Setelah heterostruktur dibuat, PMMA organik ditutupi ke sampel untuk melindungi permukaan dan menjaga integritas film LSMO. Heterostruktur kemudian direndam dalam larutan HCl ringan untuk melarutkan lapisan YBCO. Setelah selesai etsa lapisan YBCO, sampel dimasukkan ke dalam air deionisasi (DI) untuk memisahkan lapisan LSMO dan substrat STO. LSMO dengan PMMA kemudian dapat ditransfer ke substrat yang diinginkan, di sini, dalam penelitian kami, wafer silikon. Sampel yang ditransfer dicelupkan ke dalam aseton selama 10 menit untuk menghilangkan PMMA. Terakhir, permukaan LSMO yang berdiri bebas dibersihkan dengan air DI dan isopropanol.
Skema proses etsa dan transfer lapisan LSMO yang berdiri sendiri menggunakan YBCO sebagai lapisan korban.
Setelah transfer, LSMO berdiri bebas pada silikon diperoleh. Morfologi permukaan LSMO yang sesuai, sebagai tumbuh dan berdiri bebas, ditunjukkan pada Gambar. 2a, b, masing-masing, menunjukkan permukaan halus datar tanpa kerusakan yang dapat diamati pada material melalui proses berdiri bebas. Untuk mengungkap detail struktural film tipis LSMO sebelum dan sesudah proses berdiri bebas, digunakan difraksi sinar-X (XRD). Pemindaian normal XRD dari sampel yang tumbuh, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2c, menunjukkan film LSMO berorientasi (001) pada YBCO/STO (001). Harapkan LSMO, YBCO, dan STO, tidak ada fase sekunder yang terdeteksi, menunjukkan fitur LSMO murni pada YBCO/STO. d . yang dihitung -spasi LSMO yang diekstraksi dari pemindaian normal XRD adalah ~ 3,846 Å, yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai bulk (3,88 Å) [19]. c . yang lebih kecil kisi -sumbu diharapkan karena regangan tarik yang ditawarkan oleh substrat STO (konstanta kisi =3,905 Å). Selain itu, kristalinitas diungkapkan oleh lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) (~ 0,051°) dari kurva goyang di sekitar LSMO (002) (lihat Informasi Tambahan Gambar. S1a). Pemindaian phi digunakan untuk mengkonfirmasi hubungan epitaksial LSMO. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 2d, pantulan LSMO (103) dapat dideteksi setiap 90°, menunjukkan simetri 4 kali lipat dari film LSMO berorientasi (001), yang berkorelasi langsung dengan substrat kristal tunggal STO kubik. Setelah menetapkan sifat struktural film tipis LSMO yang sedang tumbuh, lapisan YBCO kemudian digores dengan HCl(aq) , meninggalkan lapisan LSMO mengambang dalam cairan. Film LSMO yang berdiri bebas kemudian dipindahkan ke substrat silikon. Fitur LSMO berorientasi murni (001) terungkap oleh pemindaian normal XRD (Gbr. 2e), sedangkan phi-scan menunjukkan simetri 4 kali lipat (Gbr. 2f). Pengamatan ini memverifikasi tidak ada perubahan struktural pada film LSMO epitaksi setelah proses berdiri bebas. FWHM dari lapisan LSMO yang berdiri sendiri juga ditunjukkan pada Informasi Tambahan Gambar. S1b.
Gambar topografi AFM LSMO a sebelum dan b setelah berdiri bebas. c Pemindaian normal XRD dari heterostruktur LSMO/YBCO/STO. d Phi-scan di sekitar bidang LSMO (103) dari LSMO yang sedang berkembang. e Pemindaian normal XRD dari LSMO dan f Phi-scan di sekitar pesawat LSMO (103) yang berdiri sendiri
Untuk mengungkapkan status regangan dan variasi kisi LSMO epitaxial sebelum dan sesudah berdiri bebas, dilakukan pemetaan ruang resiprokal (RSM) XRD. RSM di sekitar bidang STO (103) ditunjukkan pada Gambar 3a. Untuk sampel yang ditumbuhkan, kisi dalam bidang film LSMO diregangkan sepenuhnya oleh substrat STO, menunjukkan konstanta kisi dalam bidang yang hampir sama dengan kristal tunggal STO. Dengan cara ini, kisi di luar bidang LSMO dipersingkat karena kendala epitaksi, yang konsisten dengan pemindaian normal XRD. Setelah etsa, RSM LSMO berdiri bebas menunjukkan fitur bebas regangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3b. Konstanta kisi LSMO yang diekstraksi dari data RSM menunjukkan struktur pseudo-kubik dengan konstanta kisi ~ 3,88 Å, yang sama dengan nilai massal. Hasil ini menunjukkan bahwa film tipis yang berdiri bebas tidak memiliki regangan setelah proses berdiri bebas, dan tidak ada ikatan kimia antara lapisan yang ditransfer dan substrat pembawa. Untuk menyelidiki lebih lanjut rincian lebih lanjut dari sifat struktural LSMO yang berdiri sendiri, pemindaian mikroskop elektron transmisi (STEM) digunakan. Gambar bidang gelap annular sudut tinggi (HAADF) dari LSMO yang berdiri sendiri, seperti yang disajikan pada Gambar. 3c, menunjukkan film LSMO bebas cacat dan pseudo-kubik. Pola transformasi Fourier cepat (FFT) yang sesuai dari LSMO yang ditunjukkan pada sisipan Gambar 3c mengungkapkan kisi 4 kali lipat dan kubik dalam bidang, yang sangat konsisten dengan hasil XRD. Berdasarkan hasil di atas, kami telah menyajikan film LSMO berorientasi kristal tunggal (001) berkualitas tinggi dengan fitur yang benar-benar bebas regangan dan tidak ada degradasi yang dapat berhasil ditransfer ke substrat Si.
a Pemetaan ruang timbal balik (RSM) di sekitar LSMO (103) dan b RSM di sekitar LSMO yang berdiri sendiri (103). c Gambar rencana bidang gelap annular sudut tinggi (HAADF) dari LSMO yang berdiri sendiri. Sisipannya adalah pola FFT. d Ketergantungan suhu resistivitas LSMO sebelum dan sesudah berdiri bebas. Inset mewakili perilaku transportasi lapisan pengorbanan YBCO isolasi tunggal yang tumbuh
Kami kemudian beralih untuk mempelajari perilaku transportasi film LSMO sebelum dan sesudah berdiri bebas. LSMO adalah material feromagnetik dengan suhu Curie (TC ) serta transisi isolator logam (MIT) pada 369 K dalam jumlah besar [19]. Suhu transisi LSMO didominasi oleh interaksi pertukaran ganda antara Mn
3+
-O-Mn
4+
[20]. Pada heterostruktur LSMO/YBCO/STO, regangan tarik akan memperpanjang ikatan Mn-O-Mn dan menyebabkan penurunan TC [21]. Akibatnya, ada penurunan yang jelas dari TC di LSMO yang sudah dewasa. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3d, TC LSMO yang tumbuh adalah sekitar 338 K. Setelah menghilangkan lapisan bawah YBCO, sebagaimana dibuktikan oleh XRD, tidak ada regangan yang diamati pada lapisan LSMO yang berdiri bebas dan TC yang diukur. meningkat menjadi 351 K. Inset dari Gambar 3d mewakili ketergantungan suhu resistivitas lapisan korban YBCO murni pada STO. Dalam penelitian ini, digunakan lapisan YBCO yang sangat tipis dan kekurangan oksigen yang menunjukkan keadaan isolasi. Adopsi isolasi YBCO memastikan perilaku transportasi sampel yang tumbuh didominasi oleh LSMO dan dengan demikian menghalangi konduksi logam yang disebabkan oleh lapisan YBCO. Selain itu, serangkaian LSMO dengan berbagai ketebalan telah dibuat untuk membandingkan TC untuk film dewasa dan film berdiri sendiri. Seperti yang ditunjukkan pada Informasi Tambahan Gambar. S2, perilaku transportasi film LSMO dengan ketebalan 16, 30, dan 60 nm diukur sebelum dan sesudah proses berdiri bebas. Secara umum, TC film LSMO lebih tinggi daripada sampel yang ditumbuhkan, yang disebabkan oleh tidak adanya penjepitan substrat pada lapisan LSMO yang berdiri sendiri setelah etsa lapisan korban YBCO.
Proses etsa YBCO kemungkinan dapat didominasi oleh oksida tembaga, yang dapat diperlakukan sebagai basa lemah. Konstitusi oksida tembaga dapat dengan cepat bereaksi dengan HCl, membentuk tembaga (II) klorida dan air yang larut. Rumus untuk reaksi HCl dengan oksida tembaga dapat dilambangkan sebagai:
Menggunakan solusi etsa yang sama, kedalaman etsa YBCO dapat mencapai lebih dari 120 nm dalam 10 s sementara LSMO akan membutuhkan lebih dari 120s untuk mencapai tingkat etsa yang sama, seperti yang ditunjukkan masing-masing pada Gambar 4a, b. Tingkat etsa YBCO versus konsentrasi HCl selanjutnya diplot pada Gambar. 4c. Dibandingkan dengan LSMO, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4d, tingkat etsa YBCO setidaknya lima kali lebih cepat daripada LSMO, di bawah konsentrasi HCl yang sama. Disparitas yang sangat besar tersebut dapat dikaitkan dengan aktivitas ion klorida dalam HCl, di mana aktivitas ion klorida akan sangat berkurang saat bereaksi dengan oksida logam yang bervalensi lebih tinggi [22]. Mangan di LSMO adalah keadaan valensi campuran yang terdiri dari Mn
+3
dan Mn
+4
, sedangkan keadaan valensi tembaga dalam YBCO bergeser dari Cu
+1
ke Cu
+2
selama reaksi [23]. Akibatnya, proses etsa YBCO jauh lebih cepat daripada LSMO. Habbache dkk. [24] telah melaporkan bahwa oksida tembaga akan tergores dalam HCl secara signifikan lebih cepat daripada asam lain karena karakter agresif dari anion klorida. Akibatnya, penggunaan YBCO sebagai lapisan korban memberikan pendekatan yang lebih cepat yang tidak hanya mempersingkat periode reaksi ulang yang diperlukan, tetapi juga menghindari degradasi bahan yang diinginkan.
Kedalaman etsa versus waktu untuk a YBCO dan b LSMO masing-masing. Laju etsa yang bergantung pada konsentrasi HCl c YBCO dan d LSMO
Untuk membuktikan kemampuan serbaguna menggunakan YBCO sebagai lapisan pengorbanan, prosedur serupa telah diadopsi untuk mendapatkan SrRuO3 film tipis yang berdiri sendiri. Morfologi permukaan SRO yang sesuai, saat tumbuh dan berdiri bebas, ditunjukkan pada Informasi Tambahan Gambar. S3, membuktikan permukaan yang halus tanpa kerusakan yang dapat diamati setelah berdiri bebas. Pemindaian normal XRD dari struktur SRO/YBCO/STO yang ditunjukkan pada Gambar 5a mengungkapkan kristal pseudo-kubik berorientasi (001) tanpa fase sekunder apa pun. d . yang dihitung -jarak as-grown SRO pada STO adalah 3,96 Å, yang lebih besar dari nilai curah (3,93 Å), menunjukkan regangan tekan diterapkan pada lapisan SRO. Batasan epitaxial SRO diungkapkan oleh RSM. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 5b, film SRO diregangkan dengan STO, dan dengan demikian, c memanjang -sumbu diamati. Setelah lapisan YBCO dihilangkan dengan larutan HCl, pemindaian normal XRD dan RSM menunjukkan lapisan SRO bebas regangan dengan konstanta kisi sama dengan 3,93 Å, seperti yang ditunjukkan masing-masing pada Gambar 5c, d. FWHM SRO as-grown dan freestanding (002) berturut-turut adalah 0,91° dan 0,42°, menunjukkan kualitas kristalinitas yang lebih baik setelah etsa. Selain itu, gambar HAADF, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5e, menunjukkan kisi in-plane bebas cacat dan pseudo-kubik dari membran berdiri bebas SRO. Perilaku transportasi listrik sekali lagi menunjukkan bahwa efek penjepitan substrat pada film SRO dihilangkan setelah berdiri bebas. Dalam Informasi Tambahan Gambar. S4, berbagai ketebalan film SRO dibuat dan dibandingkan. Film tipis SRO yang berdiri sendiri selalu menunjukkan TC higher yang lebih tinggi daripada yang tumbuh karena strain epitaxial yang dilepaskan. Gambar 5f menunjukkan foto nyata dari film tipis berdiri bebas, di mana lapisan berdiri bebas tetap utuh setelah berdiri bebas, yang juga menunjukkan sistem berdiri bebas skala besar dapat diterapkan. Demonstrasi sukses SRO berdiri bebas menunjukkan bahwa menggunakan YBCO sebagai lapisan pengorbanan adalah metode universal untuk memperoleh berdiri bebas dan oksida fungsional kristal tunggal.
a Pemindaian normal XRD dan b RSM dari heterostruktur SRO yang tumbuh. c Pemindaian normal XRD dan d RSM dari SRO yang berdiri sendiri. e Tampilan bidang gambar STEM HAADF dari SRO yang berdiri sendiri. f Foto film dan substrat SRO yang berdiri sendiri setelah etsa
Kesimpulan
Singkatnya, kami telah menetapkan rute cepat untuk membuat film tipis berdiri bebas kristal tunggal berkualitas tinggi dengan menggunakan YBCO sebagai lapisan korban. Melalui sistem pemodelan, LSMO, sebagai contoh, film tipis berdiri bebas LSMO berkualitas tinggi dan epitaksial dapat ditransfer secara sewenang-wenang ke silikon atau substrat atau perangkat lain yang ada. XRD dan STEM telah membuktikan bahwa struktur epitaxial terpelihara dengan baik, sementara klem substrat benar-benar dihilangkan setelah proses berdiri bebas. Fitur berdiri bebas juga didukung oleh pengukuran transportasi listrik, dimana suhu Curie dari sistem berdiri bebas ditemukan secara signifikan lebih tinggi karena tidak adanya kendala epitaxial. Penggunaan YBCO sebagai lapisan korban telah diverifikasi yang dapat diukir jauh lebih cepat daripada lapisan korban LSMO dan SAO konvensional, sambil melakukan kerusakan yang tidak terlihat pada bahan yang ditargetkan. Dengan pendekatan serupa yang diadopsi untuk fabrikasi film tipis SRO berdiri bebas, kami telah mendemonstrasikan menggunakan YBCO metode yang umumnya serbaguna untuk memperoleh film tipis oksida berdiri bebas. Penemuan kami menawarkan perspektif baru utilitas oksida fungsional untuk integrasi perangkat berbasis silikon dan elektronik fleksibel.
Ketersediaan Data dan Materi
Kumpulan data yang mendukung kesimpulan artikel disertakan dalam artikel.
