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PZT/YBCO异质结的激光蒸发制备与纳米尺度的物理性能研究

谢中  
【摘要】: 本论文采用脉冲激光沉积(PLD)方法和各种现代的特征化技术对在(100)SrTiO_3单晶基片上Pb(Zr_(53T)O_3(PZT)/YBa_2Cu_3O_(7-8)(YBCO)异质结的生长机理、微观结构与物理性质进行了系统的研究。以优化的沉积参数,制备了适宜于薄膜器件应用的高质量的PZT/YBCO异质结。 运用XRD,AFM,SEM,TEM和RBS等分析手段对所制备异质结的结构、形貌和界面状态进行了表征。研究表明,以最佳参数制备的异质结具有高度的C轴取向,界面清晰无过渡层,不存在明显的界面反应。PZT具有完好的柱状结构,膜面光滑平整,没有大颗粒,有良好的铁电性和抗疲劳性能。而过高的沉积温度或过长的退火时间都使样品的绝缘强度降低,性能变差。 运用变温综合测试系统研究了PZT/YBCO异质结在YBCO超导转变温区电容的跃变现象。以一个等效物理参数模型对其进行了定量描述。研究发现,跃变行为是由于PZT/YBCO异质结构中YBCO对PZT的绝缘电阻的影响和测试用的信号频率共同作用的结果。定量地给出了电容跃变与样品漏电阻、YBCO电阻的变化和所用测试频率之间的关系。该模型与实验结果能很好吻合。 运用导电原子力显微镜研究了PZT/YBCO异质结上漏电流的不均匀性。卢瑟福背散射(RBS)测量结果和TEM分析表明,这种不均匀是由于样品退火造成界面的互扩散引起的。 本论文发展了一种新的微区漏电—铁电关联的分析方法。运用一台经改进的原子力显微镜首次实现了对异质结样品微区形貌和漏电流的不均匀性、样品形貌及样品铁电性的原位测量和成像,并在纳米尺度上对漏电流与铁电性的关联进行了研究。结果表明,微观漏电流可由空间电荷限制电流模型加以描述。 本论文还研制了一种可直接与商用原子力显微镜构成变温原子力显微镜系统(VT-AFM)的微型变温台,可对样品进行微区原位变温分析。作为这种技术在铁电材料研究中应用的例子,运用该变温系统在纳米尺度上原位地研究了铁电单晶TGS的相变特征。


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