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铁电/氧化物异质结的集成及器件研究

付跃举  
【摘要】:本论文主要包括两部分内容。第一部分,采用磁控溅射法(Magnetron Sputtering)法在SrTiO3 (100)基片上制备了不同沉积温度的La0.5Sr0.5CoO3 (LSCO)氧化物薄膜。薄膜的X射线Φ扫描证明在650℃生长的LSCO薄膜为外延薄膜,利用四探针法测量了LSCO薄膜的电阻率,发现LSCO薄膜的电阻率随生长温度的升高单调下降,LSCO薄膜的输运性质直接反映了其内部结构。在此基础上,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法成功地制备了La0.5Sr0.5CoO3/PbZr0.53Ti0.47O3/La0.5Sr0.5CoO3三明治结构的PZT铁电异质结。X射线衍射谱表明随着LSCO薄膜生长温度的不断升高,PZT薄膜高度择优趋势越来越明显,原子力显微镜扫描图显示PZT薄膜的粗糙度随LSCO薄膜生长温度的提高单调下降。通过沉积Pt电极之后,利用铁电测试仪测量Pt/La0.sSr0.sCoO3/PbZr0.53Ti0.47O3 /La0.5Sr0.5CoO3/Pt铁电电容器性能,实验发现底电极LSCO薄膜对于电容器的铁电性、漏电流密度等都有直接的影响。随着LSCO薄膜的生长温度的不断升高,LSCO薄膜择优取向趋势逐渐加强,与铁电材料PZT的晶格匹配状况逐步提高,改善了LSCO/PZT的界面状况及PZT的晶格结构。 第二部分,采用固态反应烧结法制备了La1.89Ce0.11CuO4粉末靶材,利用激光脉冲沉积(PLD)法及磁控溅射方法制备了电子型超导La1.89Ce0.11CuO4(LCCO)薄膜。LCCO薄膜的X射线衍射谱及薄膜(004)峰的摇摆曲线表明:我们所制备的(LCCO)薄膜结构完整,沿c轴高度择优生长。对比激光脉冲沉积法与磁控溅射法所得到的薄膜,我们发现磁控法得到的薄膜的Tc0要高于激光沉积法得到的薄膜,这主要是由于我们所采用的激光器功率比较低所致。应当指出,激光脉冲沉积法得到的薄膜的表面平整度要比磁控溅射法制备的薄膜好,这有利于异质结器件的集成。利用激光脉冲沉积法制备了空穴型巨磁阻La0.67Sr0.33MnO3(LSMO)薄膜,X射线衍射谱说明LSMO是高度(001)择优取向的薄膜,并对LSMO薄膜进行了常规的电学、磁学测量。在获得了良好的单层薄膜的基础上,原位制备了La0.67Sr0.33MnO3/Ba0.77Sr0.23TiO3/La1.89Ce0.11CuO4异质结构。X射线衍射谱表明所得到的异质结各层结构完整,高分辨透射电镜图显示所制备的三层界面清晰。采用金属氧化物材料代替传统的半导体材料,使用铁电材料Ba0.77Sr0.23TiO3 (BST)作为内建电场,我们得到了全氧化物的p-n结。实验发现得到的p-n结不仅具有半导体二极管的整流功能。同时还引入了电-磁、电-光等耦合效应,这些新的特性的产生是和引入的氧化物材料本身的特性分不开的。


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