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硅基LSMO薄膜和异质结制备及其电磁性质研究

2020-12-02阅读(562)

硅基LSMO薄膜和异质结制备及其电磁性质研究

论文摘要

钙钛矿结构氧化物薄膜是当前国际上备受关注的功能材料。镧系稀土锰氧化物La1-xSrxMnO3（LSMO）由于其具有优良的电磁学性能和较大的磁电阻效应,使得其在信息技术领域有着广阔的应用前景。本文采用磁控溅射法在本征Si（100）和掺杂n型Si（100）上制备钙钛矿结构La0.7Sr0.3MnO3薄膜,分析研究了沉积温度、退火、外加磁场对La0.7Sr0.3MnO3薄膜电磁特性的影响及气氛、温度、外加磁场对La0.7Sr0.3MnO3/Si p-n结整流特性的影响。并用椭偏仪、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对薄膜样品进行了研究。主要结果如下:（1）La0.7Sr0.3MnO3薄膜样品制备的基片温度、退火温度及外加磁场的不同发生金属-绝缘体相变的温度也不同。退火时随着氧含量的增加,其居里温度提高;外加磁场使得样品金属-绝缘体（M-I）的转变温度（TMI）向高温区移动;随着基片温度的提高,TMI升高。（2）当施加的偏电流增大时,La0.7Sr0.3MnO3薄膜的TMI逐渐向低温移动,峰值电阻（Rp）不断地减小。（3）La0.7Sr0.3MnO3/Si p-n结样品制备的气氛条件和退火条件的不同其样品电学性能也不同。Ar和O2气氛下制得的La0.7Sr0.3MnO3/Si p-n结的电学性能最好,要明显优于氮气+氩气气氛和单纯氩气中制成的样品;退火有助于改善样品的整流性质,并且退火时间对样品整流性能有影响,退火10min整流性能最好。（4）La0.7Sr0.3MnO3/Si异质结在很宽的温度范围（80K-300K）内都显示出了很好的整流特性,且随着温度升高,整流效果有所提高;同时该样品对低磁场敏感,0.3T的磁场下,磁电阻可高达60%,磁电阻的正负依赖于温度,居里温度以上,显示正磁电阻,以下显示负磁电阻。磁电阻的大小可通过电压调节。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 前言
  • 1.1 磁电阻效应及其概况
  • 1.1.1 磁电阻效应
  • 1.1.2 磁电阻效应的发展概况
  • 1.2 磁电阻薄膜材料的发展简介
  • 1.2.1 正常磁电阻效应（OMR）薄膜
  • 1.2.2 各向异性磁电阻效应（AMR）薄膜
  • 1.2.3 巨磁电阻效应（GMR）薄膜
  • 1.2.4 隧道磁电阻效应（TMR）薄膜
  • 1.2.5 超大磁电阻效应（CMR）薄膜
  • 1.3 锰氧化物中磁电阻效应的研究
  • 1.3.1 氧化物磁电阻效应材料的研制
  • 1.3.2 氧化物巨磁电阻材料物性的研究
  • 1.3.2.1 电磁特性
  • 1.3.2.2 稀土锰氧化物中的有序相
  • 1.3.2.3 相分离
  • 1.3.2.4 自旋玻璃
  • 1.4 锰氧化物的应用研究
  • 1.4.1 锰氧化物的异质p-n 结
  • 1.4.1.1 锰氧化物异质结研究背景
  • 1.4.1.2 锰氧化物p-n 结的整流特性及影响因素
  • 1.4.2 锰氧化物其它应用
  • 1.5 本文的研究目的与主要内容
  • 第二章 理论基础
  • 2.1 锰基钙钛矿薄膜的基本特性
  • 2.1.1 锰基钙钛矿的晶体结构
  • 2.1.2 锰基钙钛矿的电子组态
  • 2.2 双交换（Double Exchange）模型
  • 2.3 Jahn-Teller 效应
  • 2.4 双交换机理对绝缘体-金属和顺磁-铁磁转变的解释
  • 2.5 双交换机理对超大磁电阻效应（CMR）的解释
  • 第三章 薄膜制备与测试技术
  • 3.1 磁控溅射设备
  • 3.2 直流磁控溅射的基本原理
  • 3.3 工艺条件对薄膜性能影响的研究状况
  • 3.3.1 基体的预处理
  • 3.3.2 沉积工艺参数的影响
  • 3.3.3 基体表面温度的影响
  • 3.3.4 溅射功率的影响
  • 3.3.5 工作气压的影响
  • 3.4 薄膜测试技术
  • 3.4.1 X 射线衍射技术
  • 3.4.2 扫描电子显微镜（SEM）
  • 0.7Sr0.3Mn03薄膜的电磁输运行为'>第四章 硅基La0.7Sr0.3Mn03薄膜的电磁输运行为
  • 4.1 引言
  • 0.7Sr0.3Mn03 薄膜样品的制备'>4.2 La0.7Sr0.3Mn03薄膜样品的制备
  • 0.7Sr0.3Mn03 薄膜制备的工艺流程'>4.2.1 La0.7Sr0.3Mn03薄膜制备的工艺流程
  • 4.2.2 衬底的清洗方法
  • 0.7Sr0.3Mn03 薄膜样品的制备过程'>4.2.3 La0.7Sr0.3Mn03薄膜样品的制备过程
  • 4.3 工艺参数对硅基LSMO 薄膜沉积速率的影响
  • 4.4 薄膜样品结构分析
  • 4.4.1 XRD 分析
  • 4.4.2 SEM 分析
  • 0.7Sr0.3Mn03 薄膜的输运性质'>4.5 La0.7Sr0.3Mn03薄膜的输运性质
  • 0.7Sr0.3Mn03 薄膜的电磁特性'>4.6 La0.7Sr0.3Mn03薄膜的电磁特性
  • 0.7Sr0.3Mn03 薄膜性质的影响'>4.6.1 电流对La0.7Sr0.3Mn03薄膜性质的影响
  • 0.7Sr0.3Mn03 薄膜性质的影响'>4.6.2 氧气氛退火对La0.7Sr0.3Mn03薄膜性质的影响
  • 4.6.3 基片温度及外加磁场对磁电阻效应的影响
  • 0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结的整流特性的研究'>第五章 La0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结的整流特性的研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 样品制备
  • 0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的影响'>5.3 气氛对La0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的影响
  • 0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的影响'>5.4 氮气氛退火对La0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的影响
  • 0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的影响'>5.5 氧气氛退火对La0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的影响
  • 0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的影响'>5.6 温度对La0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的影响
  • 0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的调制'>5.7 磁场对La0.7Sr0.3Mn03/Si 异质结整流特性的调制
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间取得的学术成果
  • 致谢

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