Evolution of microcracks in epitaxial CeO2 thin films on YSZ-buffered Si

Soo Young Jung; Hyung-Jin Choi; Jun Young Lee; Min-Seok Kim; Ruiguang Ning; Dong-Hun Han; Seong Keun Kim; Sung Ok Won; June Hyuk Lee; Ji-Soo Jang; Ho Won Jang; Seung-Hyub Baek

doi:https://doi.org/10.1007/s13391-023-00449-w

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자료유형: 학술저널

저자정보: Soo Young Jung (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) Hyung-Jin Choi (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) Jun Young Lee (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) Min-Seok Kim (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) Ruiguang Ning (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) Dong-Hun Han (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) Seong Keun Kim (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) Sung Ok Won (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) June Hyuk Lee (Korea Atomic Energy Research Institute) Ji-Soo Jang (Korea Institute of Science and Technology (KIST)) Ho Won Jang (Seoul National University) Seung-Hyub Baek (Korea Institute of Science and Technology (KIST))

저널정보: 대한금속·재료학회 Electronic Materials Letters Electronic Materials Letters Vol.20 No.4

발행연도: 2024.7

수록면: 484 - 490 (7page)

DOI: https://doi.org/10.1007/s13391-023-00449-w

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Epitaxial buffer layers such as ceria (CeO2)/yttria-stabilized zirconia (YSZ) allow the direct integration of functional oxidesingle crystal thin films on silicon (Si). Microcracks in the buffer layer, often evolving from the large thermal tensile stress,are detrimental to the integration of high-quality complex oxide thin films on Si. In this study, we investigated the evolutionof microcracks in sputter-grown epitaxial CeO2layers by systematically varying the sputtering power and thickness of CeO2thin films on YSZ single crystal (low thermal mismatch) and YSZ-buffered Si (high thermal mismatch) substrates. Usinga plane stress model, we revealed that as the sputtering power increased, the epitaxial CeO2thin films tended to be morecompressively strained at the growth temperature. This could accommodate the tensile strain arising during cooling to roomtemperature, thereby suppressing the evolution of microcracks. Our result provides not only a method to suppress microcracksin the oxide heterostructure on Si, but also a tool to control their strain state, by controlling their growth parameters.

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