钙钛矿结构氧化物薄膜 的外延生长

在成功地外延生长超导、铁电、铁磁等多种性质的钙钛矿结构氧化物薄膜的基础上,讨论影响氧化物薄膜 外延生长的一些因素.考虑到相形成和薄膜长征动力学,在利用脉冲激光淀积法外延生长氧化物薄膜中衬底温度是十分重要的工艺参数.衬底温度对成相和生长薄膜的取向都有影响.考虑到薄膜是首先在衬底表面成核、成相并生长.因此衬底材料晶格的影响是不容忽视的.观察到衬底材料对薄膜外延生长温度的影响.在适当的工艺条件下,利用低温三步法工艺制备得到有很强织构的外延薄膜.这突出表明界面层的相互作用对钙钛矿结构薄膜的取向有着相当大的影响. 关键词：     

热处理中Pr0.5Sr0.5MnO3薄膜的电学性能变化和应力弛豫

我们用脉冲激光法在(001)LaAlO3衬底上制备了Pr0.5Sr0.5MnO3薄膜,在900℃的空气中进行后退火处理,研究了退火前后薄膜的电磁性能和晶格结构变化.随着温度降低原位生长薄膜在低温段电阻率迅速上升,表现为绝缘体性质.磁化强度-温度曲线表明薄膜具有顺磁-铁磁-反铁磁的相变,并且存在相分离现象.相比之下,退火后薄膜随着温度降低只出现了顺磁绝缘体-铁磁金属相变,在低温区域一直表现为铁磁金属性.x光衍射实验发现退火使得薄膜在垂直于衬底表面方向的晶格伸长量明显减小,表明退火过程中发生了应力弛豫.为了搞清楚后退火中氧含量和应力弛豫的不同作用,我们进行了(110)SrTiO3衬底上Pr0.5Sr0.5MnO3薄膜的后退火对比实验,结果表明退火中的应力弛豫是导致退火前后薄膜电磁性质差异的主要原因.     

La0.67Ba0.33MnO3薄膜的激光辐照效应研究

利用脉冲激光沉积技术在LaAlO3(00l)单晶衬底上制备了La0.67Ba0.33MnO3薄膜,研究了CO2激光辐照对La0.67Ba0.33MnO3薄膜的微结构和磁电性能的影响.结果表明,经激光辐照后,La0.67Ba0.33MnO3薄膜的结晶性增强,薄膜应变减小;薄膜表面形貌由"岛状"结构变为"平原"结构,且粗糙度大大降低;同时,薄膜的饱和磁化强度、铁磁居里温度、金属-绝缘态转变温度和磁电阻增大,而矫顽场和电阻率减小.根据对传统退火效应的分析和理论计算,认为激光辐照导致的表面微结构的变化以及薄膜的氧含量和均匀性的提高对La0.67Ba0.33MnO3薄膜的磁电性能的改善与优化密切相关.     

不同衬底温度下PLD法制备的氧化锌薄膜的特性

利用GCR-170型脉冲激光器Nd:YAG的三次谐波(355nm),以蓝宝石Al2O3(0001)为衬底,在不同温度下采用脉冲激光沉积法制备了ZnO薄膜.通过原子力显微镜、Raman谱、光致发光谱、红外透射谱、霍尔效应和表面粗糙度分析仪对制备的ZnO薄膜进行了测试.分析了在不同衬底温度下薄膜的表面形貌、光学特性,同时进行了薄膜结构和厚度的测试.研究表明:衬底温度对ZnO薄膜的表面形貌、光学特性、结构特性都是重要的工艺参量,尤其在500℃时沉积的ZnO薄膜致密均匀,并表现出较强的紫外发射峰.     

沉积温度对YBCO薄膜取向的影响

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在SrTiO3(100)单晶衬底上制备YBCO薄膜,用X射线对薄膜的取向和织构进行表征,用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的表面形貌进行观察.实验主要研究了衬底温度对薄膜外延取向的影响,结果表明在770℃温度下制备的YBCO有较多的a轴晶粒生成,在800℃温度下制备的YBCO是纯的c轴取向,且平均面内φ扫描半高宽(FWHM)为1.2°,超导转变宽度(△Tc)为0.9K.     

La0.67Ca0.33MnO3薄膜中的各向异性应变与电荷有序

本文采用脉冲激光沉积法在NdGaO3(001)单晶衬底上制备了一系列的La0.67Ca0.33MnO3薄膜,实验主要研究了薄膜的输运性质.La0.67Ca0.33sMnO3块材是铁磁金属基态,而La0.67Ca0.33MnO3/NdGaO3(001)薄膜由于各向异性应变的存在,可以观测到电荷有序绝缘相的出现.薄膜样品表...     

异质外延生长钙钛矿结构氧化物薄膜

影响直接外延生长氧化物薄膜的因素有很多,最主要的是保证氧化物薄膜的正确成相和在单晶衬底上成核．直接外延生长时,衬底温度影响到薄膜的成相．衬底温度还影响薄膜的生长动力学,并因此影响薄膜的外延生长取向．由于薄膜是首先在衬底表面成核、成相并生长的,因此衬底材料晶格的影响是不容忽视的．衬底材料（或异质外延材料）与薄膜的相互作用是影响外延生长的最直接因素,而晶格常数失配会造成薄膜样品中存在应力并影响样品性质．利用脉冲激光淀积法,我们成功地外延生长了ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７超导薄膜、Ｓｒ０．５Ｂａ０．５ＴｉＯ３铁电介电薄膜、Ｌａ０．７Ｃａ０．３ＭｎＯ３铁磁巨磁电阻薄膜、Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３导电薄膜等多种具有钙钛矿结构的氧化物功能薄膜．以这些钙钛矿结构氧化物薄膜的外延生长为例,本文讨论影响氧化物薄膜异质外延生长的因素     

氧压对SrTiO3和SrNb0.2Ti0.8O3薄膜晶格参数的影响及激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积技术制备了SrTiO3和SrNb0.2Ti0.8O3薄膜.X射线衍射分析表明在LaAlO3(100)单晶平衬底上生长的SrTiO3及SrNb0.2Ti0.8O3薄膜是沿[001]取向的近外延生长.随着氧压在一定范围内逐渐增大,SrTiO3薄膜的晶格参数减小,而SrNb0.2Ti0.8O3薄膜的晶格参数先减小后增大.同时摸索出制备具有二维电子气超晶格(SrTiO3/SrNb0.2Ti0.8O3).的最佳氧压为1.0×10-2Pa.另外在LaAlO3(100)倾斜衬底上制备的SrNb0.2Ti0.8O3薄膜中观察到激光感生热电电压效应.     

脉冲激光沉积PMN-PT薄膜及其性能研究

以较低温度烧结获得的PMN-PT块材料为靶,采用脉冲激光沉积方法在石英衬底上制备了PMN-PT薄膜,研究了后续退火处理对PMN-PT薄膜的结构及光学特性的影响.结果显示,采用脉冲激光沉积可获得质量较好的钙钛矿结构的PMN-PT薄膜,优化的后续退火温度大约在550℃～750℃之间.     

应力作用下GdTiO_3磁序相变的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了GdTiO_3薄膜在压缩应力和拉伸应力作用下的磁序相变.计算结果表明:1)在LaAlO_3压缩衬底的作用下,GdTiO_3薄膜从铁磁基态转变为G型反铁磁基态.该结果不同于YTiO_3和LaTiO_3在LaAlO_3压缩衬底作用时都呈现A型反铁磁基态的情况.若进一步加大压缩应力,例如在(001)平面施加YTiO_3衬底,此时GdTiO_3薄膜基态才为A型反铁磁态.2)在LaScO_3和BaZrO_3拉伸衬底的作用下,GdTiO_3薄膜的基态仍是铁磁态,但是随着拉伸应力的增大,A型反铁磁态的能量和铁磁态的能量差逐渐缩小,即GdTiO_3薄膜的基态有转变为A型反铁磁态的趋势.3)在外加应力的作用下,GdTiO_3薄膜基态的磁序发生了相变,但是其绝缘性并没有变,说明GdTiO_3薄膜仍为Mott型绝缘体.     

极性补偿对LaMnO3/LaNiO3超晶格交换偏置场强度的影响

钙钛矿超晶格中蕴含着丰富的磁现象,特别是锰酸镧/镍酸镧超晶格中的异常磁交换偏置现象是一个研究热点.本文采用脉冲激光沉积技术,制备出不同取向的锰酸镧/镍酸镧超晶格,并对超晶格的电输运性能和交换偏置现象进行了系统的研究.实验发现,超晶格在不同取向的衬底上外延生长并保持晶格应力;超晶格的母体是Mott绝缘体并遵循二维Mott变程跃迁导电机理;不同取向的超晶格都表现出交换偏置现象;场冷和零场冷曲线表明在低温下超晶格中存在两种不同的磁性组元.对超晶格交换场强度的进一步分析发现,交换场强度与超晶格的取向以及超晶格与衬底界面处的极性补偿有关.在不同温度下都观察到,极性连续的超晶格的交换场强度都高于极性失配的超晶格.上述研究结果对进一步理解钙钛矿超晶格中的磁电输运性能有所帮助.     

低激光能流沉积高质量的NdB2Cu3O7-x/YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜

采用脉冲激光方法,先在YSZ（yttria stablized zirconia)衬底上制备（YBa2Cu3O7-y)/YSZ高温超导薄膜,再用较低的激光能流密度（1.2-1.0Jcm^-2)沉积一层NBCO（NdB2Cu3O7-x)薄膜,形成NBCO／YBCO／YSZ双层超导薄膜。在制备完当时,存放40天和存放400天后分别对薄膜进行了X射线衍射分析和电阻－温度曲线测量。结果表明,NBCO／YBCO／YSZ双层膜的转变温度、结晶度和表面稳定性及光滑度都优于YBCO／YSZ薄膜的。在YBCO／YSZ上使用较低的激光能量可以制备出优质的c轴取向NBCO高温超导薄膜。     

Bi0.8Ba0.2FeO3/La0.7Sr0.3MnO3异质结制备及其交换偏置效应研究

采用脉冲激光沉积方法, 通过调节激光能量、激光频率、衬底温度、氧压、靶基距等工艺参数, 在(100)取向的铝酸镧单晶衬底上制备出Bi_0.8Ba_0.2FeO₃/La_0.7Sr_0.3MnO₃多铁性异质结. X射线衍射图谱表明薄膜呈钙钛矿结构, 高分辨透射电镜图谱和能量色散X射线图谱表明两相界面清晰且具有良好的匹配度, 异质结呈(00l)取向性生长. 加场冷却条件下不同温度的磁滞回线(M-H)测量结果表明样品具有明显的交换偏置效应, 交换偏置场(H_EB)随温度的线性变化可能与异质结界面处电子轨道的重构和界面处自旋、轨道自由度之间的复杂的相互作用有关.     

La0.67Ba0.33MnO3薄膜的激光辐照效应研究

利用脉冲激光沉积技术在LaAlO₃（00l）单晶衬底上制备了La_067Ba_033MnO₃薄膜,研究了CO₂激光辐照对La_067Ba_033MnO₃薄膜的微结构和磁电性能的影响.结果表明,经激光辐照后,La_067Ba_033MnO₃薄膜的结晶性增强,薄膜应变减小;薄膜表面形貌由“岛状”结构变为“平原"结构,且粗糙度大大降低;同时,薄膜的饱和磁化强度、铁磁居里温度、金属—绝缘态转变温度和磁电阻增大,而矫顽场和电阻率减小.根据对传统退火效应的分析和理论计算,认为激光辐照导致的表面微结构的变化以及薄膜的氧含量和均匀性的提高对La_067Ba_033MnO₃薄膜的磁电性能的改善与优化密切相关. 关键词： 庞磁电阻 激光辐照 脉冲激光溅射沉积     

NiFe2O4外延薄膜的制备及后退火效应研究

本文利用脉冲激光沉积方法制备了NiFe2O4磁性绝缘薄膜.X-射线衍射线性扫描测量表明,在MgO(110)单晶衬底上可以生长出高质量的NiFe2O4外延薄膜,原子力显微镜显示其具有平整的表面形貌.我们还研究了后退火处理对样品结构、表面形貌和磁性的影响.结果表明,后退火后薄膜的结构和表面形貌都发生了明显的改变,样品的磁性得到增强.这些效应可归结为在氧气氛下退火处理导致的氧含量的变化以及退火过程中阳离子分布和价态发生改变.     

氧压对SrTiO3和SrNb0.2Ti0.8O3薄膜晶格参数的影响及激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积技术制备了SrTiO₃和SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜.X射线衍射分析表明在LaAlO₃(100)单晶平衬底上生长的SrTiO₃及SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜是沿［001］取向的近外延生长.随着氧压在一定范围内逐渐增大,SrTiO₃薄膜的晶格参数减小,而SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜的晶格参数先减小后增大.同时摸索出制备具有二维电子气超晶格(SrTiO₃/SrNb_0.2Ti_0.8O₃)_L的最佳氧压为1.0×10^-2Pa.另外在LaAlO₃(100)倾斜衬底上制备的SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜中观察到激光感生热电电压效应. 关键词： 0.2Ti_0.8O₃薄膜')" href="#">SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜 晶格参数 激光感生热电电压 脉冲激光沉积     

Mn掺杂对ZnO薄膜结构及发光性能的影响

利用脉冲激光沉积的方法在Si衬底上生长出了c轴高度取向的Mn掺杂ZnO薄膜.X射线衍射表明所有样品都具有纤锌矿结构,没有发现其它相,随着掺杂量的增加,c轴晶格常数增大.原子力显微镜结果显示:Mn的掺杂引起了ZnO薄膜表面粗糙度的变化.由光致发光谱发现,在387 nm附近出现了由于近带边自由激子复合引起的紫外峰,还有以4...     

氧压对飞秒激光沉积ZnO/Si(100)薄膜光学性能的影响

利用飞秒脉冲激光沉积法在n-Si（100）单晶衬底上制备了ZnO薄膜, 分析了衬底温度、激光能量、氧压及退火处理对薄膜结构和光学性能的影响. X射线衍射结果表明, 当激光能量为15?mJ、氧压为10?mPa时, 80?℃生长的薄膜取向性最好. 场扫描电子显微镜结果显示薄膜的晶粒尺寸随激光能量的增加而减小、随衬底温度的升高而增大且退火后明显变大. 紫外-可见透射光谱显示薄膜具有90%以上的可见光透过率.光致发光谱表明当氧压为10 mPa时,除了ZnO的紫外本征峰外, 还有一波长为410 nm的强紫光峰, 当氧压增至20 mPa以上, 所有缺陷峰均消失, 只有376 nm处的紫外本征峰. 与纳秒激光法所制备的薄膜特性进行了比较, 结果表明, 虽然纳秒激光沉积所制备的薄膜具有更高的c轴取向度, 但飞秒激光沉积制备的薄膜具有更好的发光性能. 关键词： 氧化锌 飞秒脉冲激光沉积 透过率 光致发光     

Pr0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3多晶体系中的小极化子性质

采用基于柠檬酸体系的溶胶-凝胶法制备了Pr0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3系列的多晶块材, 同时还用脉冲激光沉积技术(PLD)在SrTiO3(100)衬底上外延生长了同一系列的薄膜, 系统研究了它们的晶格结构和电输运行为. 多晶和薄膜样品都具有正交晶格结构, 电输运行为在居里温度TC以上的高温顺磁相都很好地符合了绝热小极化子模型. 用绝热小极化子模型对两者的电阻率温度曲线进行拟合, 多晶和薄膜样品的拟合结果在定性上是一致的. 随着Ca掺杂量的增加, 极化子跳迁能Ehop变大,ρ0先减小后增大. 实验结果说明, 只要多晶样品制备的质量好, 缺陷、晶界的影响可以大大降低, 多晶样品的电输运行为也能表现出本征的小极化子性质.     

生长温度对立方MgZnO薄膜生长取向和紫外光吸收特性的影响

利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备立方结构MgZnO薄膜,并研究MgZnO薄膜结晶特性、光学带隙随生长温度的变化情况。当生长温度从150℃升高到700℃时,MgZnO薄膜的生长取向由（200）向（111）转变。在600℃以下,MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与晶格中Mg和Zn原子比例的变化趋势是一致的;而当温度升至700℃时,虽然MgZnO晶格中Mg和Zn原子比例降低,但由于平均晶粒尺寸变大,薄膜的光学带隙反而上升。在300℃和700℃晶格匹配的情况下,获得了单一（200）和（111）取向的立方MgZnO薄膜。