λ相五酸化三チタン自立膜の作製と光誘起相変化デバイスへの応用

自支撑λ相五氧化三钛薄膜的制备及其在光致相变器件中的应用

• 批准号: 22KJ2557
• 负责人: CHEN Hao
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2557/
• 关键词: 薄膜; 相転移

本研究は当初、パルスレーザー堆積法を用いた酸素雰囲気でのエピタキシャル成長という成果を足掛かりに、ケミカルリフトオフ法により合成したλ相Ti3O5自立膜を用いて、光誘起相変化デバイスの実現を目標とした。研究方法として、(I)犠牲層の格子整合度の改善と(II)転写プロセスの改良を考えた。(I)について、クラック発生の原因は犠牲層と基板の格子ミスマッチであることから、犠牲層としてSr3Al2O6よりも基板との格子整合の良いSr3-xCaxAl2O6を試した。その結果、クラックの発生を抑制することに成功したが、Ca2+の量が増えるに伴って犠牲層の水への溶解度が低くなるという新たな問題が発生した。エッチング液に希塩酸などを添加してpHを調整し、約50 °Cまで加熱することでSr3-xCaxAl2O6を溶解除去できたが、同時にλ相Ti3O5の結晶性も悪化した。よって、犠牲層はSr3Al2O6のままとした。 クラック抑制のため、LaAlO3 (110)基板上での高温（>900 °C）での直接成長による自立膜の結晶性向上も試みたが、犠牲層が完全には溶解しなかった。成長温度が高い条件では、犠牲層のSr3Al2O6とバリア層のSrTiO3の界面で相互拡散がおきたことに起因すると考えられる。(II)について、熱剥離テープに転写した自立膜を加熱してさらにサファイア基板に部分転写できたが、クラックの発生が見られた。転写の際、熱膨張や界面における圧力などによるものと考えられる。並行して、Nd:YAGレーザーを光源に用いた光誘起相転移の実験も試みたが、エピタキシャル薄膜と同様に自立膜でも構造相転移を確認することはできなかった。これは、自立膜の支持体として用いたPDMSからの拘束によると考えた。解決策としては、自立膜を更に薄膜化したり、より展延性の良い材料を支持基板として使用したりすることが挙げられる。

这项研究最初旨在使用化学提升方法合成的λ相TI3O5独立膜实现光诱导的相变设备，并使用脉冲激光沉积在氧气中的外生生长。作为研究方法，我们考虑了（i）改善牺牲层的晶格匹配和（ii）改善转移过程。关于（i），由于发生破裂的原因是牺牲层和底物之间的晶格不匹配，因此我们尝试了SR3-XCAXAL2O6，它的晶格与底物匹配比SR3AL2O6更好，作为牺牲层。结果，尽管成功抑制了裂纹的发生，但出现了一个新问题，因为随着CA2+的增加，牺牲层在水中的溶解度变得较低。通过在蚀刻溶液中添加稀盐酸或类似，并将其加热到约50°C，从而使pH调节pH，从而使SR3-XCAXAL2O6溶解和去除，但同时，λ相TI3O5的结晶度逐渐消失。因此，牺牲层作为sr3al2O6。为了抑制裂纹，我们还试图通过在Laalo3（110）底物上的高温（> 900°C）在高温下（> 900°C）的直接生长来改善独立膜的结晶度，但是牺牲层并未完全溶解。在高生长温度条件下，人们认为相互扩散发生在牺牲层中的sr3al2O6与屏障层中的srtio3之间的界面。关于（ii），将传递到热释放胶带的独立膜加热到进一步转移到蓝宝石底物上，但观察到裂缝。据认为，在传输过程中，这是由于界面的热膨胀和压力引起的。同时，我们还试图使用ND：YAG激光作为光源来尝试光诱导的相变，但是即使在自支持的膜中，我们也无法确认结构相变，就像外延薄膜一样。人们认为这是由于对独立膜的支撑的限制。解决方案可能是进一步降低独立膜，或者使用具有更好延展性的材料作为支撑底物。