Figura 1 (a sinistra) Un'immagine al microscopio a forza atomica del film sottile di ossido di titanio fabbricato con il nuovo metodo, mostrando che i nanofogli, che forniva cristalli di semi, esistono al centro dei grani di cristallo. (a destra) Una mappa dell'orientamento dei grani di cristallo determinata dalla diffrazione di retrodiffusione di elettroni. Le linee nere corrispondono ai confini dei singoli grani di cristallo e il colore rappresenta il loro orientamento. Tutti i grani di cristallo sono altamente (001) orientati.
Nel progetto dimostrativo per l'applicazione pratica presso la Kanagawa Academy of Science and Technology (KAST), il gruppo di ricerca guidato dal Dr. Tetsuya Hasegawa ha sviluppato un metodo per coltivare film sottili di ossido di alta qualità su un substrato di vetro che è un materiale conveniente.
Nel progetto dimostrativo per l'applicazione pratica presso la Kanagawa Academy of Science and Technology (KAST), il gruppo di ricerca guidato dal Dr. Tetsuya Hasegawa (Professore, Università di Tokyo; ricercatore principale KAST), Dr. Yasushi Hirose (associato di ricerca, Università di Tokyo; ricercatore KAST) e il signor Kenji Taira (studente post-laurea, Università di Tokyo; assistente di ricerca KAST), in collaborazione con il team guidato dal Dr. Takayoshi Sasaki (NIMS Fellow), ha sviluppato un metodo per coltivare film sottili di ossido di alta qualità su un substrato di vetro che è un materiale conveniente.
La cristallizzazione in fase solida (SPC) è una tecnica per cristallizzare film sottili amorfi di una sostanza bersaglio su un substrato mediante trattamento termico e quindi ottenere cristalli a film sottile costituiti da grandi grani di cristallo, ed è noto come metodo per far crescere cristalli a film sottile costituiti da grandi grani di cristallo da pochi a poche dozzine di micrometri. Però, poiché questo metodo non è in grado di controllare l'orientamento dei grani di cristallo su un substrato costituito da materiali convenienti, come vetro o plastica, era impossibile fabbricare film sottili con prestazioni adeguate da sostanze altamente anisotrope con questo metodo.
Il gruppo di ricerca è riuscito a far crescere cristalli a film sottile costituiti da grani di cristallo altamente orientati, che erano grandi come pochi micrometri o più, rivestendo un substrato di vetro con fogli di ossido di circa un nanometro di spessore, chiamati nanofogli di ossido, e utilizzando questi nanocristalli come cristalli di semi in SPC. Il metodo impiegato in questa ricerca era una versione aggiornata del metodo dello strato di semi di nanofoglio pubblicato da NIMS nel 2009 (vedi riferimento 1). Nel metodo dello strato di semi di nanofoglio, un substrato di vetro è ricoperto da nanofogli di ossido, che sono cristalli di ossido bidimensionali delaminati di circa 1 nm di spessore, e usato proprio come uno pseudo substrato monocristallino. Sebbene questo metodo sia superiore nell'ottenere cristalli a film sottile altamente orientati, ha uno svantaggio in quanto la dimensione dei grani di cristallo risultanti non può essere maggiore della dimensione del nanofoglio di ossido (generalmente pochi micrometri o meno). Combinando il metodo dello strato di semi nanosheet con SPC, il gruppo di ricerca di KAST è riuscito a far crescere i grani di cristallo nella direzione laterale fino a una dimensione superiore a pochi micrometri. Le pellicole conduttive trasparenti in ossido di titanio fabbricate sul substrato di vetro con questo nuovo metodo hanno mostrato una bassa resistenza elettrica (3.6×10 -4 cm) e mobilità (13cm 2 V -1 S -1 ), paragonabili a film sottili cresciuti su un substrato monocristallino.
È stato confermato che il nuovo metodo è applicabile anche al titanato di stronzio, una sostanza tipica utilizzata in elettronica, e quindi si prevede di promuovere lo sviluppo di dispositivi a basso costo e ad alte prestazioni utilizzando cristalli a film sottile di ossido.
