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双高掺杂锰氧化物薄膜的特性研究及薄膜生长的数值模拟

王永仓  
【摘要】: 本文对钙钛矿锰氧化物薄膜材料的制备、结构以及磁、光响应特性等进行了实验和数值模拟研究,具体研究内容以及所得到的结果和结论总结如下: 对高双参杂锰氧化物La1/3(Ca2/3Sr1/3)_(2/3)MnO3材料特性方面进行了较为系统的研究:①通过对锰氧化物La1/3(Ca2/3Sr1/3)_(2/3)MnO3靶材的制备和分析得出:样品应为多相。其中主相应是赝立方钙态矿结构,同时样品还存在正交结构等杂相,说明材料的制备是比较成功的;②运用脉冲激光沉积(PLD)法制备了La1/3(Ca2/3Sr1/3)_(2/3)MnO3薄膜;③La1/3(Ca2/3Sr1/3)_(2/3)MnO3薄膜X射线衍射数据表可以看出薄膜样品的确沿着基底(012)晶面择优生长;④从薄膜表面的原子力显微镜测试结果来看,其生长方式上是典型的三维岛状生长模式。薄膜膜面较为平整,且少有较大突起。偶有裂痕,这可能是基底光滑度不高和膜与基底的应力造成。退火后薄膜表面岛的面积增加,没有很高的凸起峰;晶面裂痕也变得不太清晰,薄膜的结构进一步改善;⑤La_(1/3)(Ca_(2/3)Sr_(1/3))_(2/3)MnO_3薄膜在所测量的温度范围内表现出类半导体特性;⑥在弱磁场下,La_(1/3)(Ca_(2/3)Sr_(1/3))_(2/3)MnO_3薄膜具有负阻效应;⑦用连续激光照射La_(1/3)(Ca_(2/3)Sr_(1/3))_(2/3)MnO_3薄膜,发现对同一温度点,电阻值增大了,应该是激光照射后的光子激发和热效应的共同作用。 对脉冲激光束辐照下的靶材的热/力学效应、等离子体羽辉的输运过程以及薄膜生长初期的形貌进行了数值分析和模拟研究:①从脉冲束辐照材料动力学的角度对脉冲激光束辐照下的靶材的热/力学效应进行了理论上的探讨,并应用ANSYS软件的热分析功能对靶材的热/力学效应进行了模拟,获得了脉冲激光辐照下靶材的三维温度场和热应力场分布。这对我们今后在应用PLD技术进行薄膜生长方面,具有直接或间接的指导作用。②根据能量守恒原理给出了等离子体的产生方程,并将等离子体在空间的传播近似的看作等温膨胀和绝热膨胀两个过程,由此推导出等离子体在空间传播的状态方程,对等离子体的传播方程进行差分求解,给出相应分析的曲线;③总结了薄膜生长的理论,利用动力学蒙特卡洛(KMC)方法,通过Microsoft.NET技术平台对薄膜生长初期的形貌进行了模拟。其中,所开发的PLD薄膜生长的模拟程序成功地模拟了基于硅衬底的Cu薄膜的生长。在程序中可以方便的设置模拟参数,对数据的分析功能较为全面。并将其结果与实验结果进行了比较,为今后进一步理论和实验研究提供参考。


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