Figur 1 (vänster) En atomkraftmikroskopbild av den tunna titanoxidfilmen tillverkad med den nya metoden, visar att nanoark, som gav frökristaller, finns i mitten av kristallkorn. (höger) En karta över kristallkorns orientering bestäms av elektronbakåtspridningsdiffraktion. De svarta linjerna motsvarar gränserna för enskilda kristallkorn och färgen representerar deras orientering. Alla kristallkorn är mycket (001) orienterade.
I demonstrationsprojektet för praktisk tillämpning vid Kanagawa Academy of Science and Technology (KAST), forskargruppen ledd av Dr. Tetsuya Hasegawa utvecklade en metod för att odla tunna filmer av hög kvalitet på ett glassubstrat, vilket är ett prisvärt material.
I demonstrationsprojektet för praktisk tillämpning vid Kanagawa Academy of Science and Technology (KAST), forskargruppen ledd av Dr. Tetsuya Hasegawa (professor, University of Tokyo; KAST huvudforskare), Dr Yasushi Hirose (research Associate, University of Tokyo; KAST-forskare) och Kenji Taira (doktorand, University of Tokyo; KAST forskningsassistent), i samarbete med teamet som leds av Dr. Takayoshi Sasaki (NIMS Fellow), utvecklat en metod för att odla högkvalitativa oxidtunna filmer på ett glassubstrat som är ett prisvärt material.
Solid phase crystallization (SPC) är en teknik för att kristallisera amorfa tunna filmer av ett målämne på ett substrat genom värmebehandling och därigenom erhålla tunnfilmskristaller bestående av stora kristallkorn, och det är känt som en metod för att odla tunnfilmskristaller bestående av stora kristallkorn på några till några dussin mikrometer. Dock, eftersom denna metod är oförmögen att kontrollera orienteringen av kristallkorn på ett substrat tillverkat av prisvärda material, som glas eller plast, det var omöjligt att tillverka tunna filmer med adekvat prestanda från höggradigt anisotropa ämnen med denna metod.
Forskargruppen lyckades odla tunnfilmskristaller bestående av högorienterade kristallkorn, som var så stora som några mikrometer eller mer, genom att belägga ett glassubstrat med oxidskivor på cirka en nanometer i tjocklek, kallade oxid nanosheets, och använda dessa nanokristaller som frökristaller i SPC. Metoden som användes i denna forskning var en uppgraderad version av nanosheet -fröskiktmetoden publicerad av NIMS 2009 (se referens 1). I nanosheet-fröskiktmetoden, ett glassubstrat är täckt med nanoskivor av oxid, som är delaminerade tvådimensionella oxidkristaller med en tjocklek på cirka 1 nm, och används precis som ett pseudo-enkristallsubstrat. Även om denna metod är överlägsen för att erhålla mycket orienterade tunnfilmskristaller, det har en nackdel genom att storleken på de resulterande kristallkornen inte kan vara större än storleken på oxidnanoskivan (i allmänhet några mikrometer eller mindre). Genom att kombinera nanosheet-fröskiktsmetoden med SPC, forskargruppen vid KAST lyckades odla kristallkorn i sidled till en storlek på mer än några mikrometer. De genomskinliga ledande filmerna av titanoxid tillverkade på glassubstratet med denna nya metod uppvisade lågt elektriskt motstånd (3,6×10) -4 Ωcm) och rörlighet (13cm 2 V -1 s -1 ), jämförbar med tunna filmer odlade på ett enkristallsubstrat.
Den nya metoden har bekräftats vara tillämpbar även på strontiumtitanat, ett typiskt ämne som används i elektronik, och därför förväntas det främja utvecklingen av billiga och högpresterande enheter som använder tunnfilmskristaller av oxid.
