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钙钛矿型氧化物透明导电薄膜的制备与物理性质研究

陈乐  
【摘要】: 自从1907年首次报道了半透明导电的CdO薄膜以来,人们对透明导电材料产生了极大兴趣。伴随微电子技术尤其是显示领域的巨大需求,透明导电氧化物薄膜得到广泛的重视和应用。它们独特的透明导电特性,使其广泛应用于平板显示器的透明导电电极、太阳能电池、透明电子器件等领域。 传统的以氧化铟锡为主的透明导电薄膜体系具有诸多优点的同时,也存在诸多缺点,特别是近年来随着稀有金属铟的供给不足问题愈发严重,使得开发具有透光导电特性、简单结构、低制备温度的非铟材料成为众多研究学者所欲突破的目标。 众所周知,钙钛矿结构的氧化物是一类很重要的绝缘透明材料,它具有高温超导、巨磁阻、铁电、铁磁、多铁性等重要的物理性质。通过掺杂可以提高薄膜内载流子浓度使其具有导电性;另一方面,全钙钛矿型结构异质结则能提高器件的性能,并且能够探究新的功能。钙钛矿结构的薄膜结构简单,易于掺杂,而且易于用传统的生长技术获得单晶膜,因而这类结构的薄膜将来势必在透明光电子学领域成为透明导电薄膜的一支非常重要材料。虽然多种掺杂的钛酸锶、锡酸锶体系已经有广泛的研究报道,但是对高氧压制备条件下低量La掺杂体系薄膜的报道并不多见。 本论文中,我们通过对5%La掺杂的钛酸锶、锡酸锶氧化物薄膜体系的制备条件、微观结构、电光学性质的研究,探索了掺杂钙钛矿型氧化物材料体系作为透明导电薄膜材料的应用潜力,以及制备条件对薄膜性能的影响。 本论文共分四章。 第一章主要介绍了传统的氧化物透明导电薄膜材料的重要特点、主要性质及其研究进展。主要从材料的理论原理、薄膜结构、物理性能、制备方法以及实际应用几个方面详细阐述了传统透明导电薄膜体系。另一方面,更主要的,我们对新型的透明导电薄膜材料:钙钛矿型氧化物薄膜,详细研究了其制备条件以及物理性能。 第二章主要介绍了本文实验中使用样品的靶材的制备方法和脉冲激光沉积法制备薄膜的技术。其次,对实验中用到的薄膜结构表征方法:X射线线性扫描技术和扫描电子显微镜技术做了简要的说明。最后我们简单介绍了本文中测量使用的光学性能和电学性能测量系统。 第三章主要介绍了La_(0.05)Sr_(0.95)TiO_3(LSTO)薄膜在高氧压条件下的制备以及薄膜微观结构和物理性质的研究。实验表明所得薄膜均具有良好的外延结构,表现出很好的透明、导电性质.不同于高真空条件下氧空位引起的薄膜导电性,本系列薄膜导电机制符合电子-电子散射机制,归因于La掺杂引入的自由载流子-电子的交换作用.使用LSTO薄膜作为下电极,PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3(PZT)作为中间层,制作的铁电电容器,具有很好的电滞回线和改善的抗疲劳特性. 第四章主要介绍了La_(0.05)Sr_(0.95)SnO_3薄膜在不同沉积温度下的制备以及薄膜结构及物理性质的研究。薄膜具有很好的透明、导电性质.随着制备温度的降低,薄膜在可见光范围内保持很好的透光性,而电阻率呈现增大趋势。我们认为这种增大的趋势与低温制备条件下薄膜结晶质量的退化有关。


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