Компактные мобильные и лабораторные установки по синтезу тонких эпитаксиальных структур.

Ключевые слова: ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ МЕТОДЫ, ИМПУЛЬСНО-ЛАЗЕРНОЕ ОСАЖДЕНИЕ, СИНХРОТРОН, ВАКУУМ

Аннотация

In-situ исследования тонких пленок играют важную роль в понимании процессов роста структур, особенно на начальных стадиях этапах. В то же время малое количество материала на этих этапах требует высокой точности и чувствительных методов исследования. Некоторые синхротронные и нейтронные методы являются наиболее релевантными для этой задачи. Однако, в большинстве случаев, эти методы исследования имеют строгие требования к образцу и его окружению. Например, образец должен быть размещен на гониометре, холодном пальце или в магнитном зазоре.
В данной работе мы представляем возможное решение этой проблемы - компактные инструменты для импульсного лазерного осаждения (ИЛО, PLD). Метод ИЛО имеет широкий спектр материалов для напыления и выдающуюся гибкость. Формирующий фактор синтеза - импульсный лазер - расположен вне вакуумной камеры. Это позволяет сделать камеру максимально компактной.

Рис 1. In-situ PLD установка на нейтронном рефектометре MARIA @FRM-II
Первым примером реализации является in-line установка PLD (рис. 1), построенная при нашем участии для нейтронного рефлектометра MARIA (FZ Jülich, FRM-II), работающего в магнитном зазоре в присутствии сильного магнитного поля. Высота камеры составляет всего 80 мм. В то же время нагреватель образца позволяет достигать температуры до 600К в позиции напыления и до 10К в позиции исследования. Портативная камера с загрузочным затвором позволяет достигать уровня вакуума до 10-8 мбар.
Недавно мы разработали и испытали новую портативную кубическую камеру PLD на линии P23 синхротрона PETRA III (рис. 2), которая была использована для in-situ исследования особенностей роста тонких пленок BaTiO3.

Рис. 2. In-situ PLD установка на синхротроне PETRAIII
Этот эксперимент был посвящён исследованию критической толщины эпитаксиальной пленки в зависимости от напряжения, вызванного различным материалом подложки. В качестве подложек были использованы MgO(100), LaAlO3(100), SrTiO3(100) для создания сжимающих и растягивающих напряжений. Результаты показывают возможные эффекты влияния толщины пленки, температуры роста и скорости охлаждения. Мы получили данные о поведении направлений поляризации в плоскости и вне плоскости при различных условиях роста.

Keywords: THIN-FILM STRUCTURES, SYNCHROTRON AND NEUTRON METHODS, PULSED LASER DEPOSITION, SYNCHROTRON, VACUUM

Abstract