En ny forbedring af oxidlag til elektroniske perovskitmaterialer

Efterhånden som vores livsstil bliver indgroet i fleksibel elektronik, smarte enheder, kunstig intelligens, tingenes internet osv., bliver høj ydeevne, elektroniske komponenter, der kan udføre højhastighedsdataindsamling, -behandling og -udførelse en nødvendighed. Visse perovskiter er krystalstrukturer, der kan være lovende alternativer til siliciumbaserede komponenter til disse næste generations elektroniske applikationer. Deres kubisk-lignende gitter gør dem ideelle til brug som en base for dyrkning af oxidfilm til at danne heterostrukturer med unikke elektriske egenskaber. Egenskaberne af disse heterostrukturer afhænger af ladningsoverførslen i grænsefladelaget mellem perovskitsubstratet og oxidoverlaget. Denne ladningsoverførsel kan manipuleres via enten doping eller gennem fremstillingsprocessen.

Nu bruger forskere fra Korea, ledet af prof. Bongjin Simon Mun fra Gwangju Institut for Videnskab og Teknologi, omgivende tryk røntgenfotoelektronspektroskopi (AP-XPS) og lavenergi elektrondiffraktion (LEED) til at undersøge, hvordan fremstillingsbetingelser (udglødning i et iltrigt miljø og et iltmangel, lavtryksmiljø) for et bestemt perovskitmateriale, SrTiO₃ -et af de mest populære substrater til dyrkning af oxidfilm - påvirker dens udopede overflade og det resulterende grænsefladelag af heterostrukturen.

Ved at bruge en udopet overflade ønskede forskerne at undersøge de ændringer, der sker på overfladen af ​​substratet uden indblanding fra dopingstofferne. "Tilstedeværelsen af ​​doping kan forstyrre korrekt fortolkning af overfladedefekttilstande, hvilket kan være afgørende for at forstå de elektriske egenskaber af heterostrukturer. Vores undersøgelse af udopet SrTiO₃ giver uvildige karakteristika for SrTiO₃  substrat," siger prof. Mun. Deres resultater blev gjort tilgængelige online den 16. september 2021 og offentliggjort i Journal of Materials Chemistry C.

I oxygenmiljøet dannedes et elektronudtømningslag, da Sr-atomerne i substratet migrerede til overfladen af ​​filmen for at reagere med oxygen og danne et stabilt oxidlag. I lavtryks-iltmangelmiljøet var dannelsen af ​​et sådant udtømningslag begrænset, da oxidlaget blev dannet på grund af reduktionen af ​​TiO₂ lag, der genererede elektroner.

I begge miljøer blev der dannet et lignende oxidlag, men strukturens elektroniske egenskaber var forskellige, da elektronudtømningslaget er nøglen til strukturens ledningsevne. "Vores arbejde viser tydeligt, hvordan enheders elektriske egenskaber kan indstilles ved at justere populationen af ​​elektroner nær overfladeområdet, hvilket er et meget grundlæggende og vigtigt resultat, der indikerer, at fremtidige elektroniske enheder kan realiseres med materialekarakterisering på atomniveau." siger prof. Mun. "I det lange løb, vores undersøgelse af SrTiO₃ vil lægge et solidt fundament for avancerede elektroniske enheder, der vil muliggøre en bedre livsstil for os." + Udforsk yderligere

Oxygenmigrering ved heterostrukturgrænsefladen