ABO3型钙钛矿薄膜生长动力学的理论与实验研究

论文题目: ABO3型钙钛矿薄膜生长动力学的理论与实验研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 于光龙

导师: 肖定全

关键词: 结构,钙钛矿薄膜,生长动力学,多元氧化物,生长模式,同质外延

文献来源: 四川大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着现代微电子和光电子技术的发展,电子器件朝着微型化和集成化的方向发展。具有ABO3结构的薄膜如YBaCuO、BaTiO3、PbTiO3、（Pb,La）（Zr,Ti）O3具有优异的性能,如高温超导、压电、铁电、热释电等特性,可以用于铁电随机存储器、红外探测器、传感器、变频器、光波导器件等众多领域,已成为研究热点之一。但目前对ABO3型氧化物薄膜的生长机制的研究报道并不多见。 本论文针对ABO3型氧化物薄膜,从理论模拟和实验研究两个方面对其生长机制进行了比较深入的研究。针对多元金属反应共沉积法,提出了一种基于蒙特卡罗方法的模拟多元氧化物薄膜生长的原子层次的三维模型及模拟算法,模拟了PbTiO3薄膜生长初始阶段的表面形貌。针对分子级的薄膜沉积,假定ABO3型多元氧化物薄膜是以晶胞的生成与扩散为基础进行生长的,采用蒙特卡罗方法发展了模拟ABO3型多元氧化物薄膜同质外延生长的三维模型及模拟算法。模拟了不同沉积速率和不同沉积温度下的生长形貌、生长模式、RHEED曲线和RMS曲线、初期岛,研究了生长模式-初期岛-RHEED-RMS的关系。采用射频磁控溅射方法在沉积速率为0.185nm/min,沉积温度为600℃,沉积时间分别为1分钟、3分钟和6分钟条件下,制备了PbTiO3/Si（100）薄膜。使用原子力显微镜（AFM）对薄膜岛的尺寸、数目以及岛的高度进行了分析。最后对上述的理论和实验研究进行了综合分析对比研究。 论文基于以上对ABO3结构多元氧化物薄膜生长机制的理论模拟和实验研

论文目录:

第一章.引言

本章摘要

1.1 前言

1.2 薄膜的制备技术

1.2.1 分子束外延方法

1.2.2 脉冲激光沉积法

1.2.3 真空蒸镀法

1.2.4 离子镀膜法

1.2.5 溅射镀膜法

1.2.6 化学方法

1.3 薄膜生长机制的作用

1.4 薄膜生长动力学研究方法

1.4.1 扫描隧道显微镜和AFM原理介绍

1.4.2 薄膜生长动力学的实验研究进展

1.4.3 理论方法简介

1.5 蒙特卡罗方法，薄膜模拟现状及特点

1.5.1 蒙特卡罗方法基础

1.5.2 蒙特卡罗方法模拟薄膜二维生长

1.5.3 蒙特卡罗方法模拟薄膜三维生长

本章小结

第二章.本论文的选题依据及主要研究内容

本章摘要

2.1 本论文选题依据

2.2 本论文主要研究内容

本章小结

第三章.在原子层次上PbTiO_3薄膜初期生长的蒙特卡罗模拟

本章摘要

3.1 MC晶格空间

3.2 伪随机数算法

3.3 扩散激活能(△E_d)的计算

3.4 模型与算法描述

3.4.1 沉积事件

3.4.2 扩散事件

3.4.3 脱附事件

3.4.4 Monte Carlo事件之间的关系

3.5 模拟参数的考虑

3.6 模拟结果与分析

3.7 关于原子层次上多元氧化物薄膜生长机制模拟的讨论

本章小结

第四章.在晶胞层次模拟ABO_3型薄膜的外延生长

本章摘要

4.1 模型描述

4.2 相互作用

4.3 模拟条件

4.4 模拟结果

4.4.1 不同生长条件下详细的形貌演化过程

4.4.2 生长模式

4.4.3 RHEED曲线的模拟

4.4.4 粗糙度

4.4.5 初期岛的比较

4.4.6 生长模式-初期岛-RHEED-RMS的关系

4.5 结论与讨论

本章小结

第五章.射频磁控溅射制备PbTiO_3／Si(100)薄膜的初期生长特性研究

本章摘要

5.1 射频磁控溅射简介

5.1.1 靶材溅射现象

5.1.2 辉光过程

5.1.3 射频磁控溅射

5.2 本论文研究中陶瓷靶的制备和Si(100)基底的清洗

5.3 PbTiO_3／Si(100)薄膜的射频磁控溅射制备

5.4 实验结果与分析

5.4.1 薄膜形貌与表面分析

5.4.2 岛的高度

5.4.3 PbTiO_3／Si(001)薄膜的扩散系数

5.5 结论

本章小结

第六章.理论模拟与实验研究结果的综合分析比较

本章摘要

6.1 ABO_3型氧化物薄膜生长以晶胞形成与扩散的方式生长

6.2 基于晶胞模拟的RHEED曲线与实验RHEED曲线的比较

6.3 PbTiO_3／Si(100)薄膜的岛状生长模式的解释

本章小结

第七章.主要结论和进一步研究工作的建议

本章摘要

7.1 本论文主要研究成果

7.2 本论文的主要创新点

7.3 下一步研究的建议

参考文献

作者在攻读博士学位期间参加的研究项目

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

声明

发布时间: 2005-10-08

参考文献

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