基于转移打印方法的钇铁石榴石薄膜柔性集成工艺研究

发布时间：2020-09-10 07:53

　　近年来,柔性电子器件由于在物联网、生物电子等领域的潜在应用引起了研究者的广泛关注。将功能氧化物材料集成到柔性聚合物中是实现高性能柔性电子器件的有效方式。另一方面,钇铁石榴石(Y_3Fe_5O_(12),YIG)薄膜因其优异的磁性能和磁光性能,被广泛应用于自旋电子器件和磁光隔离器件。但是目前YIG薄膜只能在高温下制备,无法与半导体材料和器件的后端工艺相兼容且不利于系统集成。因此,发展YIG薄膜在柔性基片上的集成方法是领域面临的重要问题,所以本论文研究了YIG薄膜的柔性集成方法,主要内容分为以下三个部分。第一部分是基于刻蚀SiO_2牺牲层的YIG薄膜转移打印研究。我们采用脉冲激光沉积(PLD)和微细加工方法,在SiO_2/Si基底上制备了方形阵列YIG薄膜和孔洞状YIG薄膜,然后置于HF溶液中刻蚀SiO_2牺牲层。通过控制HF溶液浓度以及刻蚀时间,我们成功地利用Si基片捞取或者聚二甲基硅氧烷(PDMS)印章转印YIG薄膜。光学显微镜和扫描电镜(SEM)结果显示,我们可以将0.5mm×0.5mm的方形YIG薄膜以及2mm×2mm的孔洞状YIG薄膜从SiO_2/Si基底上转印到Si基底上,但转印的YIG薄膜存在被HF腐蚀以及破裂等问题。第二部分是基于MoS_2/SiO_2范德华异质结的YIG薄膜转移打印转研究。我们采用PLD和磁控溅射结合的工艺,在SiO_2/Si基底上制备了Si/SiO_2/MoS_2/SiO_2/YIG薄膜,利用SiO_2和MoS_2亲疏水性能的不同,仅使用去离子水解离MoS_2/SiO_2范德华异质结界面,成功将Si/SiO_2/MoS_2/SiO_2/YIG多层膜结构上的YIG薄膜转印到柔性PI基底上。SEM结果显示,在去离子水的作用下,MoS_2薄膜与溅射的SiO_2薄膜分离,MoS_2留在原SiO_2/Si基底上;X射线衍射(XRD)结果显示转印前后YIG薄膜的晶体结构没有差异;振动样品磁强计(VSM)结果显示,转印到PI胶上的YIG薄膜的饱和磁化强度为115 emu/cm~3,薄膜的面内、面外矫顽力分别为31Oe、75Oe。第三部分是基于MoS_2/SiO_2范德华异质结的其他功能氧化物薄膜的转印研究。我们采用第二部分转印YIG薄膜的方法成功将VO_2和Fe_2O_3薄膜转印到不同基底上。XRD结果显示,转印前后VO_2(Fe_2O_3)薄膜的晶体结构没有差异,变温Raman谱和变温红外反射谱证明了转移前后VO_2薄膜良好的金属-绝缘体转变(MIT)性能。证实了这一转印方法具有普适性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.2
【部分图文】：

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第一章绪论第一章绪论作的背景与意义有机械灵活性、轻便性、可穿戴性等特点，近年来柔性电术界的广泛关注。图 1-1 展示了柔性电子器件在军、民出其在物联网、生物电子等领域巨大的应用潜力。美国国00 万美元预算牵头成立了柔性电子器件研究机构——柔究所 (Flexible Hybrid Electronics Manufacturing Innova研究机构得到了波音(Boeing)公司、通用(General Motosiversity、HarvardUniversity 等著名公司及高校的支持。同“可延展柔性无机光子/电子集成器件的基础研究”，对研究[1]。

石榴石晶体

电子科技大学硕士学位论文榴石薄膜的国内外研究历史与现状石榴石简介榴石(Y3Fe5O12，YIG)，晶体结构为体心立方(bcc)结构，如于 Oh10(Ia3d) 空间群，其化学式为 R3Fe5O12，其中 R 为石榴石中包含了 8 个 Y3Fe5O12分子共计 160 个离子，金积的间隙中。Y3Fe5O12有三种氧离子堆积间隙，分别是四面(a)、十二面体间隙(c)，其中 24 个 Fe3+离子占据 d 位，16 个 Y3+离子占据 c 位。图 1-3 所示是三种阳离子占据的次位的 Fe3+与八面体位的 Fe3+离子的磁矩反平行排列，且(YIG)属于亚铁磁性材料。

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3512O2-密堆积的间隙中。Y3Fe5O12有三种氧离子堆积间隙，分别是四面体间隙体间隙(a)、十二面体间隙(c)，其中 24 个 Fe3+离子占据 d 位，16 个 Fe3+离a 位，24 个 Y3+离子占据 c 位。图 1-3 所示是三种阳离子占据的次晶格示，四面体位的 Fe3+与八面体位的 Fe3+离子的磁矩反平行排列，且数目不同3Fe5O12(YIG)属于亚铁磁性材料。图 1-2 石榴石晶体结构

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