Lateral krystalvækst ved hjælp af oxid nanosheets som frøkrystaller

I demonstrationsprojektet til praktisk anvendelse på Kanagawa Academy of Science and Technology (KAST), forskergruppen ledet af Dr. Tetsuya Hasegawa udviklede en metode til at dyrke oxidtynde film af høj kvalitet på et glassubstrat, som er et prisbilligt materiale.

I demonstrationsprojektet til praktisk anvendelse på Kanagawa Academy of Science and Technology (KAST), forskningsgruppen ledet af Dr. Tetsuya Hasegawa (professor, University of Tokyo; KAST hovedforsker), Dr. Yasushi Hirose (Research Associate, Universitetet i Tokyo; KAST -forsker) og Kenji Taira (ph.d. -studerende, University of Tokyo; KAST forskningsassistent), i samarbejde med holdet ledet af Dr. Takayoshi Sasaki (NIMS Fellow), udviklet en metode til dyrkning af tyndfilm af høj kvalitet på et glassubstrat, som er et overkommeligt materiale.

Fastfasekrystallisering (SPC) er en teknik til krystallisering af amorfe tynde film af et målstof på et substrat ved varmebehandling og derved opnå tynde filmkrystaller bestående af store krystalkorn, og det er kendt som en metode til at dyrke tyndfilmskrystaller bestående af store krystalkorn på nogle få til et par dusin mikrometer. Imidlertid, da denne metode ikke er i stand til at kontrollere orienteringen af ​​krystalkorn på et underlag lavet af overkommelige materialer, såsom glas eller plast, det var umuligt at fremstille tynde film med tilstrækkelig ydeevne fra stærkt anisotrope stoffer ved denne metode.

Det lykkedes forskningsgruppen at dyrke tynde filmkrystaller bestående af stærkt orienterede krystalkorn, som var så store som et par mikrometer eller mere, ved at belægge et glassubstrat med oxidplader på cirka en nanometer i tykkelse, kaldet oxid nanosheets, og at bruge disse nanokrystaller som frøkrystaller i SPC. Metoden anvendt i denne forskning var en opgraderet version af nanosheet frølagsmetoden udgivet af NIMS i 2009 (se reference 1). I nanoark frølagsmetoden, et glassubstrat er dækket med oxid-nanoplader, som er delaminerede todimensionale oxidkrystaller med en tykkelse på ca. 1 nm og bruges ligesom et pseudo-enkeltkrystal-substrat. Selvom denne metode er overlegen til opnåelse af meget orienterede tynde filmkrystaller, det har en ulempe ved, at størrelsen af ​​de resulterende krystalkorn ikke kan være større end størrelsen af ​​oxid -nanosjiktet (generelt et par mikrometer eller mindre). Ved at kombinere nanosheet frølagsmetoden med SPC, det lykkedes for forskergruppen ved KAST at dyrke krystalkorn i lateral retning til en størrelse på mere end et par mikrometer. De gennemsigtige ledende film af titaniumoxid fremstillet på glassubstratet ved denne nye metode udviste lav elektrisk modstand (3,6×10) ^-4 Ωcm) og mobilitet (13cm ² V ^-1 s ^-1 ), sammenlignelig med tynde film dyrket på et enkelt-krystal substrat.

Den nye metode er blevet bekræftet til også at være anvendelig til strontiumtitanat, et typisk stof, der bruges i elektronik, og derfor forventes det at fremme udviklingen af ​​billige og højtydende enheder, der anvender oxid-tyndfilmkrystaller.