Laserablation von oxidischen Multilagenstrukturen zur Untersuchung von heteroepitaktischen Grenzflächenzuständen

Abstract

Die Deposition von dünnen, metallischen Schichten auf Silizium-Substraten stellt bereits seit Jahrzehnten die wichtigste Möglichkeit dar, um die wachsenden Anforderungen der Speichertechnologien zu erfüllen. Obwohl Multilagenstrukturen aus oxidischen Schichten eine nahezu unerschöpfliche Vielfalt an neuen Effekten bieten, kommen diese aktuell nur in Nischenanwendungen zum Einsatz. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf dem Verständnis von Phänomenen, die nur an Grenzflächensystemen zu beobachten sind. Die Basis der Untersuchungen stellten die Präparation der Multilagenstrukturen durch Laserablation dar. Eine Untersuchung der strukturellen Eigenschaften von multiferroischen BiFeO3 (BFO)-Schichten erlaubte eine Analyse der Wachstumsmodi und der Symmetrie der Einheitszelle von BFO unter heteroepitaktischer Verspannung. Durch Piezokraftmikroskopie konnte die ferroelektrische Domänenstruktur dünner BFO-Schichten analysiert werden. Die Abbildung der magnetischen Domänenstruktur der ferromagnetischen La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO)-Schicht und der antiferromagnetischen BFO-Schicht einer Bilagenstruktur durch Photoemissionselektronenmikroskopie erlaubte eine Analyse der Austauschkopplung an der Grenzfläche. Durch elektronische Rekonstruktion entsteht an der LaAlO3 (LAO) /SrTiO3 (STO)-Grenzfläche ein leitfähiger, quasi-zweidimensionaler Zustand. Dessen Transporteigenschaften wurden mit einem Schwerpunkt auf deren Beeinflussung durch ein elektrisches Feld charakterisiert. Diese Ergebnisse führten zur Implementierung einer ferroelektrischen BFO-Schicht zur Manipulation der Leitfähigkeit an der LAO/STO-Grenzfläche. Die Kontrolle des Widerstandes eines mikrostrukturierten Bereichs durch die Polarisation der BFO-Schicht erlaubt die Nutzung der Struktur als Speichertechnologie.

The deposition of thin films on Silicon wafers represents the most important way to fulfill the requirements of memory technology. Despite that multilayered oxide structures offer a number of new phenomena their use is limited to rare applications.\r\nUnderstanding of phenomena emerging at interfaces is the scope of this work. The\r\ninvestigation on the structural properties of BiFeO3 (BFO)-layers allowed for the analysis of the growth mode and the symmetry of the unit cell of BFO under epitaxial strain. Piezo Force Microscopy was used to determine the ferroelectric domain structure of BFO thin films.\r\nThe imaging of the ferromagnetic and ferromagnetic domains of the La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO)-layer and the BFO-layer by photo emission electron microscopy allowed for an analysis of the exchange coupling at the interface.\r\nRecently a conducting state at the LaAlO3/SrTiO3-interface was found that can be explained by electronic reconstruction. A strong dependence of the conductivity to an electrical field was found. These results were used to implement a ferroelectric BFO-layer to manipulate the conductivity at the interface. The control of the conductivity of a microstructured line by\r\nthe polarization of the ferroelectric layer showed a high potential for memory technologies.