September 2019: Sektion Oxide und Fluoride - IKZ entwickelt erstmalig Ba2ScNbO6 als Substratkristall für neuartige funktionelle Schichten und Anwendungen

Ba2ScNbO6 massstabBa2ScNbO6 Einkristall mit multikristallinen Bereichen am Rand / Christo Guguschev © IKZ

Funktionale Dünnschichten sind aktuell von hohem Interesse für die Materialphysik. Beispiele sind La:BaSnO3, ein halbleitendes Oxid mit sehr hoher Elektronenbeweglichkeit, LaInO3 als ionisches Gateoxid, BiScO3 als wichtiger Bestandteil einer neuen Klasse von Hochtemperatur-Piezoelektrika und PbZrO3 als antiferroelektrisches Material, das für die Energiespeicherung relevant ist. Diese Materialien kristallisieren in der Perowskitstruktur und weisen (pseudo-)kubische Gitterparameter leicht oberhalb von 4,1 Å auf, für die jedoch kein geeigneter Substratkristall verfügbar war. Infolgedessen basieren aktuelle Studien auf Substraten mit geringer Gitteranpassung, die zu Schichten mit geringer struktureller Qualität und bei elektronischen Baugruppen zu unzureichenden Leistungen führen.

 

 

Diese Situation ändert sich gerade,  da das IKZ und die Cornell University eine neuartige Kristallzüchtungstechnik zum Patent anmelden. Dadurch ist es jetzt möglich, den Doppelperowskit Ba2ScNbO6 [1] als Volumenkristall zu züchten (siehe Abb.) Die Wachstumsbedingungen bei einer Temperatur von etwa 2150°C sind geeignet, um (100)-orientierte einkristalline Substrate mit einer Oberfläche von bis zu 10 x 10 mm2 zu gewinnen. Nach umfangreichem Materialscreening wurde die Materialentwicklung  durch thermochemische Studien unterstützt, um das Potential für die Züchtung aus der Schmelze eingehend zu bewerten. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht  und erste Lanthan-dotierte BaSnO3-Schichten, die auf den neuen gitterangepassten Ba2ScNbO6-Substraten an der Cornell University aufgewachsen wurden, zeigten bereits wesentliche Verbesserungen [2].


[1] C. Guguschev et al., https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1907/1907.02719.pdf
[2] H. Paik et al., “High mobility La-doped BaSnO3 thin film growth on lattice-matched Ba(Sc0.5,Nb0.5)O3 (001) substrate by molecular-beam epitaxy”, poster at the 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19/OMVPE-19), July 28 – August 2, 2019, Keystone, Colorado, USA.

 

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