La0.70Ca0.30MnO3薄膜微结构及电输运特性的研究

论文摘要

自从在具有钙钛矿结构的锰基氧化物中发现超巨磁阻（CMR）效应以来，这类化合物具有的特性引起了人们广泛的关注，对这类材料的研究已成为凝聚态物理学和电子科学的前沿领域之一。本文选择真空退火作为基本出发点，研究La0.70Ca0.30MnO3薄膜的特性，主要从以下几个方面来探讨：简要介绍了钙钛矿锰氧化物的研究背景及其应用前景。研究了采用脉冲激光沉积法在（LaAlO3）0.3（Sr2AlTaO6）0.7（铝酸镧·钽酸锶铝）（001）衬底上制备薄膜，并在不同温度及氧压条件下对脉冲激光烧蚀生成的La0.70Ca0.30MnO3（LCMO）薄膜进行真空退火的实验方法。XRD的研究结果表明，在700℃左右生成的LCMO薄膜具有较好的外延结构特征，薄膜和基片具有一致的晶格取向，为薄膜退火提供了实验参考。系统研究了LCMO薄膜的金属-半导体电阻-温度（R-T）特性曲线、转变温度。真空退火处理可有效改变LCMO薄膜的氧含量和Mn4+／Mn3+比。而LCMO薄膜的电阻-温度关系强烈依赖于薄膜的氧含量和Mn4+／Mn3+比。随退火温度的降低，LCMO薄膜的氧含量逐渐增大，Mn4+／Mn3+比逐渐增大，从而使薄膜电阻值降低。在300-600℃及2×10-4-1×10-3Torr的氧压下，对脉冲激光烧蚀生成的LCMO薄膜进行退火。原位退火温度为600℃、500℃、400℃，处理后的LCMO薄膜的Tp（金属-绝缘体转变温度）分别出现在170K、193K和211K。而异位退火温度为500℃、400℃、300℃，处理后的LCMO薄膜的Tp分别出现在179K、181K和237K。说明无论原位或异位退火处理的LCMO薄膜，其金属-半导体电阻-温度（R-T）特性曲线及转变温度均会发生明显的改变，薄膜氧含量对其输运特性有突出的影响，真空退火处理可明显降低LCMO薄膜的Tp。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 导言
• 1.1 凝聚态物理学
• 1.2 纳米电子学
• 1.3 磁电子学
• 1.4 巨磁电阻材料
• 1.5 超巨磁阻材料
• 第二章 钙钛矿锰氧化物的研究状况与应用前景
• 2.1 钙钛矿锰氧化物
• 2.2 CMR理论的研究发展情况
• 2.3 钙钛矿锰氧化物晶体结构及特性
• 2.3.1 钙钛矿锰氧化物晶体结构
• 2.3.2 导电特性
• 2.3.3 磁性
• 2.3.4 磁电阻效应
• 2.4 钙钛矿锰氧化物材料应用前景
• 第三章 钙钛矿锰氧化物的理论研究
• 3.1 超交换模型
• 3.2 双交换（Double-exchange,简记为DE）机理
• 3.2.1 双交换机理对绝缘-金属和顺磁-铁磁转变的解释
• 3.2.2 对DE模型修正的J-T声子和极化子理论
• 3.3 Jahn-Teller效应对CMR效应的解释
• 3.4 最新理论发展——相分离机制
• 第四章 薄膜的制备
• 4.1 概述
• 4.2 PLD简介
• 4.3 钙钛矿型材料的制备方法
• 4.3.1 粉末的制备方法
• 4.3.2 制备靶材
• 4.4 主要实验设备介绍
• 4.4.1 脉冲激光镀膜设备
• 4.4.2 脉冲激光器
• 4.4.3 高温炉
• 4.4.4 压力机
• 4.4.5 分析天平
• 4.4.6 扫描探针显微镜
• 4.5 LCMO薄膜的生长模式
• 4.6 薄膜沉积工艺
• 4.7 LCMO薄膜的后退火处理
• 4.8 电极制作及测量时注意事项
• 4.9 影响薄膜的因素
• 4.10 实验注意事项
• 4.11 小结
• 第五章 实验结果及讨论
• 5.1 电阻温度关系测量方法
• 5.2 薄膜的结构及形貌分析
• 5.2.1 X射线衍射（XRD）
• 5.2.2 原子力显微镜
• 5.2.3 薄膜的厚度测量
• 5.3 R-T测量
• 5.4 钙钛矿锰氧化物的电输运性质
• T_P时,LCMO的电输运机理——高温极化子输运'>5.4.1 当T>T_P时,LCMO的电输运机理——高温极化子输运
• P时,LCMO的电输运机理——低温本征输运'>5.4.2 当TP时,LCMO的电输运机理——低温本征输运
• 5.4.3 非均质结构对电输运的影响
• 5.5 结论
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献