Figura 1 (izquierda) Una imagen de microscopio de fuerza atómica de la película delgada de óxido de titanio fabricada con el nuevo método, mostrando que las nanohojas, que proporcionó cristales de semillas, existen en el centro de los granos de cristal. (derecha) Un mapa de la orientación del grano de cristal determinada por difracción por retrodispersión de electrones. Las líneas negras corresponden a los límites de los granos de cristal individuales y el color representa su orientación. Todos los granos de cristal están altamente orientados (001).
En el proyecto de demostración para aplicación práctica en la Academia de Ciencia y Tecnología de Kanagawa (KAST), el grupo de investigación dirigido por el Dr. Tetsuya Hasegawa desarrolló un método para cultivar películas delgadas de óxido de alta calidad sobre un sustrato de vidrio, que es un material asequible.
En el proyecto de demostración para aplicación práctica en la Academia de Ciencia y Tecnología de Kanagawa (KAST), el grupo de investigación dirigido por el Dr. Tetsuya Hasegawa (Profesor, Universidad de Tokio; Investigador principal de KAST), Dr. Yasushi Hirose (Investigador asociado, Universidad de Tokio; Investigador KAST) y el Sr.Kenji Taira (estudiante de posgrado, Universidad de Tokio; Asistente de investigación de KAST), en colaboración con el equipo dirigido por el Dr. Takayoshi Sasaki (NIMS Fellow), desarrolló un método para cultivar películas delgadas de óxido de alta calidad sobre un sustrato de vidrio, que es un material asequible.
La cristalización en fase sólida (SPC) es una técnica para cristalizar películas delgadas amorfas de una sustancia objetivo sobre un sustrato mediante tratamiento térmico y, por lo tanto, obtener cristales de película delgada que consisten en grandes granos de cristal. y es conocido como un método para cultivar cristales de película delgada que consta de grandes granos de cristal de unas pocas a unas pocas docenas de micrómetros. Sin embargo, ya que este método es incapaz de controlar la orientación de los granos de cristal en un sustrato hecho de materiales asequibles, como vidrio o plástico, fue imposible fabricar películas delgadas con un rendimiento adecuado a partir de sustancias altamente anisotrópicas mediante este método.
El grupo de investigación logró cultivar cristales de película delgada que consisten en granos de cristal altamente orientados, que eran tan grandes como unos pocos micrómetros o más, recubriendo un sustrato de vidrio con láminas de óxido de aproximadamente un nanómetro de espesor, llamadas nanohojas de óxido, y usando estos nanocristales como cristales semilla en SPC. El método empleado en esta investigación fue una versión mejorada del método de la capa de semillas de nanohojas publicado por NIMS en 2009 (ver Referencia 1). En el método de la capa de semillas de nanohojas, un sustrato de vidrio está cubierto con nanohojas de óxido, que son cristales de óxido bidimensionales delaminados de aproximadamente 1 nm de espesor, y se utiliza como un sustrato de pseudo monocristal. Aunque este método es superior para obtener cristales de película fina altamente orientados, tiene la desventaja de que el tamaño de los granos de cristal resultantes no puede ser mayor que el tamaño de la nanoplaca de óxido (generalmente unos pocos micrómetros o menos). Al combinar el método de la capa de semillas de nanohojas con SPC, el grupo de investigación de KAST logró cultivar granos de cristal en la dirección lateral hasta un tamaño de más de unos pocos micrómetros. Las películas conductoras transparentes de óxido de titanio fabricadas sobre el sustrato de vidrio mediante este nuevo método exhibieron una baja resistencia eléctrica (3.6 × 10 -4 Ωcm) y movilidad (13cm 2 V -1 s -1 ), comparable a las películas delgadas cultivadas en un sustrato monocristalino.
Se ha confirmado que el nuevo método también es aplicable al titanato de estroncio, una sustancia típica utilizada en electrónica, y, por tanto, se espera que promueva el desarrollo de dispositivos de bajo costo y alto rendimiento que utilicen cristales de película fina de óxido.
