deformáció meghatározása epitaxiálisan növesztett la 1-x sr x coo 3 rétegekben

2013. aug. 232013. aug. 23 Fizikus Vándorgyűlés, DebrecenFizikus Vándorgyűlés, Debrecen

Deformáció meghatározása Deformáció meghatározása epitaxiálisan növesztett epitaxiálisan növesztett LaLa1-x1-xSrSrxxCoOCoO33 rétegekben rétegekben

E. SzilágyiE. Szilágyi11, E. Kótai, E. Kótai11, D. Rata, D. Rata22, G. Vankó, G. Vankó11

11MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai Intézet, BudapestRészecske- és Magfizikai Intézet, Budapest

22Max-Planck-Institut für Chemische Physik Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, Dresdenfester Stoffe, Dresden


VázlatVázlat

Miért érdekes a deformáció LaMiért érdekes a deformáció La1-x1-xSrSrxxCoOCoO33 rétegekben? rétegekben?

Mire jó az Rutherford-visszaszórásos spektrometria Mire jó az Rutherford-visszaszórásos spektrometria csatornahatással kombinált (RBS/C) mérések?csatornahatással kombinált (RBS/C) mérések?

Deformáció meghatározása RBS/C-vel.Deformáció meghatározása RBS/C-vel.

Eredmények.Eredmények.

Összefoglalás.Összefoglalás.


Miért érdekes a deformáció Miért érdekes a deformáció LaLa1-x1-xSrSrxxCoOCoO33 rétegekben? rétegekben?

LaLa1-x1-xSrSrxxCoOCoO33 : különleges vezetési tulajdonságok : különleges vezetési tulajdonságok (CMR, GMR)(CMR, GMR)

30–100 nm La30–100 nm La1-x1-xSrSrxxCoOCoO33 epitaxiális rétegeknél az epitaxiális rétegeknél az illeszkedési hibából származó feszültség (IHF), illetve illeszkedési hibából származó feszültség (IHF), illetve ennek hatására kialakuló deformáció során:ennek hatására kialakuló deformáció során:– az összenyomott rétegek fémesek, az összenyomott rétegek fémesek, – a meghúzott rétegek pedig szigetelők. a meghúzott rétegek pedig szigetelők.

Az IHF néhány százaléknyi különbsége több Az IHF néhány százaléknyi különbsége több nagyságrendnyi változást okoz! nagyságrendnyi változást okoz!

Az elektromos tulajdonságok így egy külső paraméterrel Az elektromos tulajdonságok így egy külső paraméterrel hangolhatók, ami különösen érdekessé teszi ezeket a hangolhatók, ami különösen érdekessé teszi ezeket a rétegeket az oxid alapú elektronika egyre fejlődő területén . rétegeket az oxid alapú elektronika egyre fejlődő területén .

hordozó

Deformáció nyomásnál: ah < ar illetve húzásnál: ah> ar

réteg


Rutherford-visszaszórásos spektrometria Rutherford-visszaszórásos spektrometria csatornahatással kombinálvacsatornahatással kombinálva

Az RBS egy szóráskísérlet, ahol egy adott térszögbe Az RBS egy szóráskísérlet, ahol egy adott térszögbe visszaszórt ionok energiaeloszlását határozzuk meg. visszaszórt ionok energiaeloszlását határozzuk meg. – a szóró atom tömegétől,a szóró atom tömegétől,– a mintában elfoglalt helyzetétől.a mintában elfoglalt helyzetétől.

0

2

21

221

221

01

sincosE

MM

MMMKEE

Egykristályos minta:Egykristályos minta: csatornahatáscsatornahatás

d

0=0

kristályhibák kimutatása,kristályhibák kimutatása,

idegen atomok rácslokalizációja,idegen atomok rácslokalizációja,

epitaxiális rétegek vizsgálata, ….epitaxiális rétegek vizsgálata, ….


Kristályirányok {100} köbös rácsnál

Deformáció meghatározása RBS/C-vel.Deformáció meghatározása RBS/C-vel.

Deformált epitaxiális rétegeknél a kristályirányok Deformált epitaxiális rétegeknél a kristályirányok megváltozása mérhető, és ebből a redukált deformációs megváltozása mérhető, és ebből a redukált deformációs tenzor meghatározható. tenzor meghatározható.

hkl=’hkl-hkl


KísérletekKísérletek

Minta készítés: Impulzuslézeres vékonyréteg-leválasztás Minta készítés: Impulzuslézeres vékonyréteg-leválasztás (PLD)(PLD)LaLa0.70.7SrSr0.30.3CoOCoO33 réteg sztöchiometrikus céltárgy, réteg sztöchiometrikus céltárgy,hordozó: 5x5 mmhordozó: 5x5 mm22-es LaAlO-es LaAlO33 (001); a=3.789 (001); a=3.789 ÅÅ, illetve , illetve

SrTiO SrTiO33 (001); (001); a=3.901 a=3.901 ÅÅ,,Leválasztás hőmérséklete 650 Leválasztás hőmérséklete 650 ooC, 3.5 x 10C, 3.5 x 10-1-1 mbar O mbar O22,,600 mbar O600 mbar O22-ban hűtik szobahőmérsékletre.-ban hűtik szobahőmérsékletre.Utólag 1 mm-es csíkban 1 keV-es Ar-nal leporlasztottuk Utólag 1 mm-es csíkban 1 keV-es Ar-nal leporlasztottuk a rétegeket. a rétegeket.

mérések: mérések: Elemösszetétel, rétegvastagság: RBS.Elemösszetétel, rétegvastagság: RBS.Hibaszerkezet: RBS/C – 1500, 2000 és 2500 keV-en.Hibaszerkezet: RBS/C – 1500, 2000 és 2500 keV-en.Redukált deformációs tenzor: RBS/C – szögszken.Redukált deformációs tenzor: RBS/C – szögszken.


Rétegvastagság, hibaszerkezetRétegvastagság, hibaszerkezet

100 200 300 400 500 6000

1000

2000

3000

4000

5000

hoza

m

csatornaszám

"véletlen beesés" = 7o

szimulált <001> csatornairány szimulált

La

Sr

Pb

Co

2000 keV

100 200 300 400 500 6000

1000

2000

3000

4000

5000

"véletlen beesés", tilt 7 szimulált <001> irányban csatornázott szimulált

hoza

m

csatornaszám

2000 keV

CoLa

SrPb

Hordozó: LaAlO3Hordozó: SrTiO3

Kiértékelés: RBX program [E. Kótai] Kiértékelés: RBX program [E. Kótai] 40 nm La40 nm La0.70.7SrSr0.30.3CoCo0.90.9OO33 film, film,2.5 nm „amorf” réteg a felületen,2.5 nm „amorf” réteg a felületen,9%, illetve 1 %-nyi ponthiba, valamint deformáció.9%, illetve 1 %-nyi ponthiba, valamint deformáció.


DeformációDeformáció

200 400 6000

1000

2000

3000

4000

5000

hoza

m

csatornaszám

mért szimulált

La

Sr

Pb

Co

2000 keV, döntési szög 56

200 400 6000

1000

2000

3000

4000

5000

mért szimulált

hoza

m

Channels

2000 keV, tilt 56o

Co La

Sr

Pb

54.0 54.5 55.0 55.5 56.0 56.5 57.00.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

La1-x

SrxCoO

3 on SrTiO

3

Sr (bulk) La (film)

norm

aliz

ált h

ozam

döntési szög [deg]

La1-x

SrxCoO

3 on LaAlO

3

La (bulk) La (film)

deformálatlan hordozók

nyomó húzó

nagyon pontos mérés!relatív hiba: 0.01o

111

irányban a

)011(

síkon keresztül


Deformáció mélységfüggéseDeformáció mélységfüggése

200 400 6000

1000

2000

3000

4000

5000

hoza

m

csatornaszám

mért szimulált

La

Sr

Pb

Co

2000 keV, = 56o

53.5 54.0 54.5 55.0 55.5 56.0 56.5 57.00.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

LaAlO3 hordozóban

LaAlO3/LSCO határfelületnél

LSCO réteg közepén felület közelében az egész LSCO rétegben

vonalak: parabólikus illesztés

norm

ált h

ozam

döntési szög [deg]

55.59

54.83

54.85

55.02

54.88

La:

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

a rá

csál

land

ók r

elat

ív k

ülön

bség

e [%

]

x y z

felület réteg közepe határfelület

LaAlO3

x

yz

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

a rá

csál

land

ók r

elat

iv k

ülön

bség

e [%

]

x y z

felület határfelületréteg közepe

SrTiO3

xy

z

200 400 6000

1000

2000

3000

4000

5000

hoza

m

csatornaszám

mért szimulált

La

Sr

Pb

Co

2000 keV, döntési szög 56


ÖsszefoglalásÖsszefoglalás

Az RBS/C mérésekből a rétegvastagság, elemösszetétel Az RBS/C mérésekből a rétegvastagság, elemösszetétel mellett meghatározható amellett meghatározható a

hibaszerkezet és a hibaszerkezet és a

redukált deformációs tenzor redukált deformációs tenzor

a mélység függvényében. a mélység függvényében.

A deformációs tenzor ismeretében a rácsparaméterek, A deformációs tenzor ismeretében a rácsparaméterek, cellatérfogatok számolhatók.cellatérfogatok számolhatók.


KöszönetKöszönet

Sulyok Attilának, a minta porlasztásáért,Sulyok Attilának, a minta porlasztásáért,

Zwickl Zoltánnak, a gyorsító üzemeltetéséért,Zwickl Zoltánnak, a gyorsító üzemeltetéséért,

Majthényi Rózsának, a mérésekben nyújtott segítségéért,Majthényi Rózsának, a mérésekben nyújtott segítségéért,

ERC-StG-259709 ERC-StG-259709 ésés OTKA K 72597 OTKA K 72597 projekteknek,projekteknek,

a hallgatóságnak a figyelméért!

deformáció meghatározása epitaxiálisan növesztett la 1-x sr x coo 3 rétegekben

Documents