Een nieuwe verbetering van de oxidelaag voor elektronische perovskietmaterialen

Naarmate onze levensstijl verankerd raakt in flexibele elektronica, slimme apparaten, kunstmatige intelligentie, het internet der dingen, enz., worden hoogwaardige elektronische componenten die gegevens op hoge snelheid kunnen verzamelen, verwerken en uitvoeren, een noodzaak. Bepaalde perovskieten zijn kristalstructuren die veelbelovende alternatieven kunnen zijn voor op silicium gebaseerde componenten voor deze elektronische toepassingen van de volgende generatie. Hun kubisch-achtige rooster maakt ze ideaal voor gebruik als basis voor het kweken van oxidefilms om heterostructuren te vormen met unieke elektrische eigenschappen. De eigenschappen van deze heterostructuren hangen af ​​van de ladingsoverdracht in de grenslaag tussen het perovskietsubstraat en de oxidelaag. Deze ladingsoverdracht kan worden gemanipuleerd via doping of via het fabricageproces.

Nu gebruiken onderzoekers uit Korea, onder leiding van prof. Bongjin Simon Mun van het Gwangju Institute of Science and Technology, omgevingsdruk röntgenfoto-elektronspectroscopie (AP-XPS) en lage-energie-elektronendiffractie (LEED) om te onderzoeken hoe fabricageomstandigheden (gloeien in een zuurstofrijke omgeving en een zuurstoftekort, lagedrukomgeving) voor een bepaald perovskietmateriaal, SrTiO₃– een van de meest populaire substraten voor het kweken van oxidefilms – beïnvloedt het ongedoteerde oppervlak en de resulterende grenslaag van de heterostructuur.

Door een ongedoteerd oppervlak te gebruiken, wilden de onderzoekers de veranderingen onderzoeken die optreden op het oppervlak van het substraat zonder interferentie van de doteermiddelen. “De aanwezigheid van doping kan de juiste interpretatie van de toestanden van oppervlaktedefecten verstoren, wat van cruciaal belang kan zijn om de elektrische eigenschappen van heterostructuren te begrijpen. Onze studie over ongedoteerd SrTiO₃ biedt onbevooroordeelde kenmerken van SrTiO₃ substraat”, zegt prof. Mun. Hun bevindingen werden op 16 september 2021 online beschikbaar gesteld en gepubliceerd in de Tijdschrift voor materiaalchemie C.

In de zuurstofomgeving migreerde een elektronendepletielaag die gevormd werd toen de Sr-atomen in het substraat naar het oppervlak van de film om met zuurstof te reageren en een stabiele oxidelaag te vormen. In de omgeving met een zuurstoftekort bij lage druk was de vorming van een dergelijke uitputtingslaag beperkt omdat de oxidelaag werd gevormd door de reductie van de TiO₂ laag die elektronen opwekte.

In beide omgevingen werd een vergelijkbare oxidelaag gevormd, maar de elektronische eigenschappen van de structuur verschilden omdat de elektronendepletielaag de sleutel is tot de geleidbaarheid van de structuur. “Ons werk laat duidelijk zien hoe de elektrische eigenschappen van apparaten kunnen worden afgestemd door de elektronenpopulatie nabij het oppervlaktegebied aan te passen, wat een zeer fundamenteel en belangrijk resultaat is dat aangeeft dat toekomstige elektronische apparaten kunnen worden gerealiseerd met materiaalkarakterisering op atomair niveau.” zegt prof. Mun. “Op de lange termijn zal ons onderzoek naar SrTiO₃ zal een solide basis leggen voor geavanceerde elektronische apparaten die een betere levensstijl voor ons mogelijk zullen maken.”