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《电子科技大学》 2006年
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La_(1-x)Ca_xMnO_3薄膜微结构及温度—电阻特性的研究

陈志川  
【摘要】: 本文采用射频磁控溅射法制备钙钛矿结构La_(1-x)Ca_xMnO_3(LCMO)薄膜,采用热重-差热分析仪(TG-DSC)、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等分析测试手段系统研究了退火温度、氧等离子处理以及基片与薄膜间晶格失配度对La_(1-x)Ca_xMnO_3薄膜微结构及温度-电阻特性的影响。 TG-DSC分析表明,在847℃左右La_(1-x)Ca_xMnO_3完成固相反应,为靶材制备及薄膜热处理提供了实验参考。 XRD的研究结果表明,当基片与LCMO薄膜间的晶格失配度较小时,薄膜和基片具有一致的晶格取向,薄膜具有较好的外延结构特征。沉积在STO基片上的LCMO薄膜在面内方向受张应力作用,垂直方向上的晶格常数相对缩小,沉积于LAO基片上的LCMO薄膜在面内方向受压应力作用,垂直方向上的晶格常数相对增大。AFM的分析表明,晶粒尺寸随退火温度的升高而增大,晶界减少。退火温度在650℃-750℃之间,表面粗糙度随退火温度的升高而增大,在750℃-850℃之间,表面粗糙度随温度的升高而减小。 XPS分析表明,随退火温度的升高,LCMO薄膜的氧含量逐渐增大,Mn~(4+)/Mn~(3+)比逐渐增大。氧等离子处理可有效提高LCMO薄膜的氧含量,提高Mn~(4+)/Mn~(3+)比。650℃退火并氧等离子处理后的LCMO薄膜的氧含量达到62.18at%,接近La_(1-x)Ca_xMnO_3薄膜的理想化学计量比。 LCMO薄膜的温度—电阻关系强烈依赖于薄膜的氧含量和Mn~(4+)/Mn~(3+)比。在温度范围220K-290K内,未经氧等离子处理的薄膜没有Tp出现,其Tp小于220K。而退火温度为700℃、750℃、800℃、850℃并经氧等离子处理后的LAO基片上沉积的LCMO薄膜的Tp分别出现在249K、245K、253K、258K,说明氧等离子处理可有效提高LCMO薄膜的Tp。其原因是LCMO薄膜经氧等离子处理后氧含量增加,Mn~(4+)/Mn~(3+)比增大,双交换作用增强,从而使薄膜电阻下降,Tp提高。而STO基片和Si基片上沉积的LCMO薄膜经850℃退火并氧等离子处理后,在温度范围220K-290K内仍未出现Tp,说明其Tp小于220K。表明基片对薄膜的压应力有利于提高LCMO薄膜的Tp。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB383.2

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