Tvorba 1/2 monoplasti (MP) stroncija (Sr) na Si(001) predstavlja najbolj pogosto uporabljen in učinkovit način zaščite površine Si za nadaljno epitaksialno rast stroncijevega titanata (SrTiO3) z metodo za epitaksijo z molekularnim curkom (MBE). V tej raziskavi smo eksperimentalno pokazali, da obstaja možnost priprave takšne puferske plasti s tehniko pulznega laserskega nanašanja (PLD). In situ analiza z refleksijsko visokoenergijsko elektronsko difrakcijo (RHEED) je pokazala spremembo strukture površine z dvodomenske (2×1)+(1×2), značilne za čisto površino Si, v (3×2)+(2×3) strukturo pri 1/6 MP pokritosti s Sr, ki se je nadalje pretvorila v (1×2)+(2×1) strukturo pri 1/4 MP pokritosti. Slednja je bila stabilna vse do 1/2 MP pokritosti. Poleg tega smo raziskali dva različna procesa odstranjevanja nativnega silicijevega dioksida (SiO2): termični in s Sr kataliziran deoksidacijski proces. Žganje nad 1100ºC se je izkazalo za najbolj učinkovito v smislu kontaminacije z ogljikom. Rezultati izpostavljajo možnost uporabe PLD tehnike za sintezo epitaksialne plasti SrTiO3 na Si, ki je potrebna za integracijo različnih funkcionalnih oksidov z silicijevo platformo.
COBISS.SI-ID: 28399143
Za epitaksialno rast funkcionalnih oksidov na silicijevih substratih potrebujemo površine, katerih struktura je določena na atomskem nivoju. Tako definirane površine je možno najučinkoviteje pripraviti z deoksidacijo, inducirano s kovinskim Sr, s katerim pa je delo izredno občutljivo, kar narekuje uporabo alternativnih puferskih materialov. V naši študiji smo za proces PLD odstranitve izvornega oksida ter stabilizacije silicijeve površine preučevali primernost SrO, ki je kemijsko stabilnejši v primerjavi s kovinskim Sr. Dobljene površine smo analizirali in-situ z RHEED tehniko ter ex-situ z XPS, XRR in mikroskopom na atomsko silo. Po nanosu SrO preko Si/SiO2, ki je potekal v vakuumu, smo uporabili različne pogoje segrevanja substrata, pri čemer je temperature segala do 850°C. Ker je nanašanje potekalo v vakuumu, je v izhodiščni fazi nastala večplastna heterostruktura, sestavljena iz SrO, SrSiO3, modificiranega Si in Si kot substrata. Ugotovili smo, da se tekom nadaljnjega segrevanja zgornja plast v strukturi epitaksialno uredi v obliki otočkov, pri višji temperaturi pa se nanesene plasti hitro desobirajo, kar vodi do deoksidacije in 2x1 rekonstrukcije silicijeve površine. Z rezultati smo prvi pokazali učinkovito pot pri pripravi SrO inducirane puferske plasti na silicijevem substratu z uporabo PLD tehnike. Tako pripravljene plasti so primerne za nadaljnjo epitakisolno rast s funkcionalnimi oksidi.
COBISS.SI-ID: 28025383
Deoksidacija in pasivacija silicije površine predstavlja enega izmed najbolj pomembnih korakov pri uspešni integraciji funkcionalnih oksidov s silicijem. Zaradi svoje reaktivnosti in neenakih lastnosti v primerjavi z oksidi so silicijeve površine modificirane z uporabo različnih puferskih sistemov. Kljub dobri kvaliteti tako pripravljenih površin, ti na Sr osnovani pufri, do sedaj niso bili komercializirani zaradi visoke reaktivnosti kovinskega Sr. Uporaba SrO je pokazala lastnosti konkurenčne kovinskemu Sr, vendar uspešna integracija s silicijem še ni bila dokazana. V tej raziskavi smo določili optimalne pogoje pulznega laserskega nanašanja (PLD) za SrO-inducirano deoksidacijo silicijeve površine, ki se izraža v 2 x 1 rekonstruirani površini. Poleg tega je tako pripravljena površina brez oksida in atomsko ravna. Rezultati kažejo, da najbolj kritično vlogo pri optimizaciji celotnega procesa igra količina SrO. Ob nanos v t.i. serijskem načinu, količina SrO vpliva na morfologijo površine, ki se v zadnji fazi spremeni iz dimerizirane površine v površino pokrito z SrO otoki in polikristalinično plastjo. Kljub temu se v primeru nezadostne količine nanešenega SrO tvorijo vdolbine, ki drastično povečajo njeno hrapavost. Uspešno optimizacija PLD pogojev za tvorbo SrO puferske plasti odpira novo pot za povezovanje oksidov s silicijem.
COBISS.SI-ID: 29705255
Integracija epitaksialnih kompleksnih oksidov s Si predstavlja izredno priložnost za oblikovanje novih senzorjev ter naprav za izvajanje logičnih operacij. Z uporabo pulznega laserskega nanašanja (PLD) smo pripravili epitaksialne ultratanke (3–4 nm) plasti SrTiO3 (STO) na Si(001), s čimer smo pokazali možnosti te tehnike za rast predlog za integracijo kompleksnih oksidov s Si. Naš postopek zajema rast 1/2 monoatomske (ML) pufrske plasti Sr na rekonstruirani površini Si(001), nanos plasti STO v inertni atmosferi Ar ter fazi oksidacije in kristalizacije. Optimizacija parametrov nanosa, oksidacije in kristalizacije so se izkazali kot ključni za izboljšanje kakovosti plasti. Ugotovili smo, da zmanjšanje termičnega prispevka med fazo kristalizacije poveča ostrino vmesne plasti, vendar je potrebna minimalna temperatura za njeno ustrezno zgoščevanje. Ugotovili smo, da predstavlja pred vsako fazo kristalizacije in oksidacije 2 ML pokritost optimalno ravnovesje med kritično debelino, minimizacijo termičnega prispevka in zadostno zaščito pufrske plasti, ki preprečuje reakcijo s površino Sr/Si. Rezultati študije so prispevali k razumevanju spojev med kovinskimi oksidi in silicijem ter so trden temelj za rast visokokakovostnih tankih predlog plasti STO na Si, pripravljenih s PLD tehniko.
COBISS.SI-ID: 30486055
Preučevali smo visokotemperaturne reakcije v trdnem za vzorce iz sistema (1-x)Na0.5Bi0.5TiO3–xSrTiO3. Zaradi prisotnosti kemijsko različnih elementov je priprava takšne keramike občutljiva in za pripravo enofaznih vzorcev zahteva več korakov žganja pri specifičnih pogojih. Sintranje v atmosferi zraka povzroči nastanek makroskopsko nehomogenih vzorcev, kot posledica nepopolne reakcije med različnimi sekundarnimi fazami. Podaljšanje časa žganja vodi do združevanja por, pri povišani temperaturi pa se v vzorcu prisotna sekundarna faza stali, zaradi česa se spremeni njegova nominalna sestava. Sintranje pod povišanim tlakom kisika v višini 1 MPa omeji izhajanje sekundarne faze. To omogoča, da reakcija v trdnem poteče do konca, kar vodi do nastanka homogenega in gostega vzorca. Študija nudi set eksperimentalnih pogojev za učinkovito pripravo keramike iz preučevanega sistema.
COBISS.SI-ID: 30961959