臭氧辅助 MBE 生长 La₃Ni₂O₇超导薄膜解析

臭氧辅助 MBE 生长 La₃Ni₂O₇超导薄膜解析

实验设置：

研究人员使用德国 Oxx el gmbh 公司设计和建造的全 MBE 系统，配备臭氧输送系统，用于生长 La₃Ni₂O₇薄膜。系统中使用的蒸发源包括 La、Ni 和 O₃，衬底为 SLAO (001)、LAO (100)、NGO (110) 和 STO (001) 等。

操作流程：

衬底预处理：将衬底依次用去离子水、乙醇和丙酮清洗，确保表面清洁。

系统抽真空：将反应腔室抽至超高真空状态 (10⁻⁸–10⁻¹² mbar)，确保系统内无杂质。

设置工艺参数：衬底温度为 675-700℃，腔室压力为 5×10⁻⁶ Torr，臭氧流量根据具体材料和工艺要求进行调整。

薄膜生长：打开 La、Ni 蒸发源和臭氧源，开始生长过程。La 和 Ni 原子束与臭氧分解产生的活性氧物种在衬底表面相遇，发生氧化反应，形成 La₃Ni₂O₇薄膜。

薄膜退火：生长完成后，将样品在 MTI Corporation 的 OTF-1200X-S 真空管式炉中，在 1 atm O₂压力下，500℃退火 3 小时。

效果分析：

研究人员通过 X 射线衍射 (XRD)、扫描透射电子显微镜 (STEM)、电子能量损失谱 (EELS) 和电学测试对 La₃Ni₂O₇薄膜进行了表征，结果表明：

臭氧辅助 MBE 生长的 La₃Ni₂O₇薄膜具有良好的结晶度和外延性，无明显的杂相。

薄膜的 c 轴晶格参数通过 Nelson-Riley 拟合计算得出，面内参数通过带有 PIXcel3D 面积探测器的倒易空间图获得。

电子显微镜分析显示，薄膜具有良好的层状结构和界面平整度，局部区域在晶体缺陷附近存在不均匀的氧化学计量比和高内部应变。

电学输运数据通过量子设计物理性质测量系统收集，使用超声线键合铝硅触点。研究发现，在一定的应变条件下，La₃Ni₂O₇薄膜表现出超导性能，超导转变温度 (Tc) 可达 5-10 K。

优势总结：

该臭氧输送系统提供的高纯度、高浓度臭氧，能够显著提高 La₃Ni₂O₇薄膜的质量和性能。

臭氧作为氧化剂，在 MBE 超高真空环境下提供活性氧物种，促进了 La₃Ni₂O₇的形成和结晶，减少了缺陷和非化学计量比问题。

该工艺制备的 La₃Ni₂O₇薄膜具有优异的超导性能，为研究高温超导机理和开发新型超导材料提供了平台。

臭氧发生器推荐：

MKS SEMOZON® AX8575：这是一种高流量、高浓度、超净的臭氧发生和输送系统，专为满足半导体行业不断变化的需求而设计。AX8575 是一种完全集成的高输出臭氧气体输送系统，可配置为多通道系统，为多达 4 个通道提供臭氧，支持多个腔室或多个工具。该系统可实现高达 40 slm 的流量和高达 350 g/nm³ 的浓度，具体取决于系统配置。

MKS AX8415 超高浓度、高流量臭氧发生器：该发生器专为电子行业设计，用于 CVD 和 ALD 薄膜形成、氧化物生长、光刻胶去除和多种清洁应用。AX8415 能够通过产生高浓度的超净臭氧来支持所有这些应用，无论是否添加氮气作为掺杂气体。对于特定应用，如果需要，可去除形成臭氧时使用的微量氮气，消除 NOx 化合物的形成。

Atlas H30高浓度臭氧发生器：加拿大Absolute Ozone  Atlas H30高浓度臭氧发生器，为北京同林科技定制款，可以仅从4 LPM氧气产生30克/小时的臭氧，臭氧浓度超200mg/L。

803N臭氧发生器：德国BMT 803N是一种小型风冷冷却臭氧发生器，以氧气为原料气体。臭氧产量为8 g/h或更高。可获得的更大臭氧浓度超过250 g/Nm3，北京同林科技为其中国代理商。