陶瓷单晶(100)基底上外延生长Pt薄膜

用对靶溅射技术在MgAl2O4 (100) (MAO) 和SrTiO3 (100) (STO)单晶基底上制备Pt薄膜.基底温度为700℃时,Pt薄膜外延生长为(200)取向,Pt/STO 薄膜的电阻率很低,而Pt/MAO 薄膜表现出高电阻特征.此外,Pt (50nm)/La0.67Ca0.33MnO3 (50nm)/STO的制备和研究表明,在包括庞磁电阻材料的器件设计中,Pt是一种较好的电极材料.     

Mn过量对La0.5Ca0.5Mn1+xO3微结构和输运性质的影响

利用传统固相反应法制备了Mn过量的多晶样品La0.5Ca0.5MnO3 (LCMO)、La0.5Ca0.5Mn1.08O3(LCMO08)和La0.5Ca0.5Mn1.22O3(LCMO22),研究了Mn过量对其微观结构及其电输运性质的影响.研究结果表明,随着Mn含量的增加,样品的晶格参数a,b,c以及Mn-O键长都有所增大,而Mn3+-O-Mn4+键角没有明显的变化.输运性质结果表明,金属-绝缘体转变(MIT),庞磁电阻(CMR)效应以及热滞现象都随Mn的过量有着明显的变化,相较于正常化学配比的样品,过量掺杂Mn的样品的绝缘性增强并且热滞现象几乎消失,庞磁电阻在低温也有所增加.电输运性质的剧烈变化归结为过量Mn导致Jahn-Teller畸变增强及双交换作用减弱.实验结果将对理解半掺杂锰氧化物相关体系奇异的物理性质提供参考.     

高电阻温度系数(La0.67Ca0.33MnO3)1-x∶Agx多晶陶瓷的研究

采用溶胶-凝胶法制备了(La0.67Ca0.33 MnO3)1-x∶Agx(x=0.00、0.10、0.15、0.20、0.3、0.4、0.5)系列多晶陶瓷样品,通过XRD、SEM和标准四探针法对材料晶体结构、表面形貌和电学性能的分析研究Ag的添加对材料性能的影响.结果表明:随着Ag添加量的增加,样品的晶格常数逐渐增大,这是由于Ag取代La3+、Ca2+进入晶格使其发生膨胀;并且样品的金属-绝缘体转变温度(Tp)随Ag添加量的增加而升高,从270 K(x=0)升高到281 K(x=0.5),这是由于Ag对La3+、Ca2+的替换导致Mn4+/Mn3+比例增大而提高了双交换作用.值得注意的是,当0.00≤x≤0.15时,TCR值随x的增大而增大,当x=0.15时达到最大值58.6;·K-1;0.15≤x≤0.5时,TCR反而随之降低,这可能是由于高添加量导致材料的烧结质量降低.     

低温超晶格YSZ/STO/YSZ电解质薄膜的制备及表征

采用脉冲激光沉积法(PLD),在Al2O3 (ALO)衬底上,将Y2O3∶ZrO2(YSZ)和SrTiO3 (STO)按照YSZ/STO/YSZ的顺序依次沉积,形成超晶格YSZ/STO/YSZ电解质薄膜,利用SEM、XRD和交流阻抗对其形貌、相结构和电学性能进行了表征.结果表明,衬底温度为700℃形成的超晶格YSZ/STO/YSZ电解质薄膜颗粒大且均匀,排列紧密且呈规律圆柱状;YSZ、STO均沿(111)方向择优生长;低温时电导率比单层YSZ电解质薄膜高出4个数量级,是较为理想的低温固体燃料电池电解质.     

不同应力下的双层钙钛矿锰氧化物La1.3Sr1.7Mn2O7薄膜输运特性研究

采用脉冲激光沉积(PLD)法分别在SrTiO3(100)、LaAlO3 (100)和MgO(100)单晶基片上制备了双层钙钛矿锰氧化物La13Sr17Mn2O7(LSMO)薄膜.X射线衍射谱表明三个样品均沿衬底的晶向择优生长;原子力显微镜显示薄膜表面均光滑致密.采用标准四探针法对薄膜的阻温特性进行了研究,发现SrTiO3 (100)和LaAlO3(100)基片上生长的薄膜呈现出明显的金属-绝缘体转变,转变温度分别为340 K和330 K.而在MgO基片上显示绝缘体态,无金属-绝缘体转变.结合阻温曲线的拟合及薄膜与衬底的晶格失配计算,从薄膜应力和激活能变化的角度分析了样品出现不同阻温特性的内在机制.     

氩气退火时间对Fe(Se,Te)薄膜的性能影响研究

作为一种铁基超导薄膜,Fe(Se,Te)薄膜具有晶体结构简单、所包含的元素较少、易于合成的特点,不仅有利于超导机理研究而且有着潜在的技术应用价值。本文通过磁控溅射在温度为320 ℃的CaF₂单晶衬底上制备了Fe(Se,Te)薄膜,并在氩气氛围下进行了退火处理。研究了退火时间对Fe(Se,Te)薄膜的晶体结构、微观形貌、成分组成以及电输运特性的影响。结果表明:Fe(Se,Te)薄膜的结晶性较好,退火有助于消除薄膜样品中的FeSe相,薄膜的晶格常数c对退火不敏感,退火后薄膜晶粒尺寸变大;Fe(Se,Te)薄膜成分与靶材的名义组分存在一定的偏差,退火时间越长,Fe(Se,Te)薄膜表面的颗粒越密集;Fe(Se,Te)薄膜的电阻随温度升高而减小,呈现出半导体特性,退火3 h后电阻明显增大。     

高性能Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si阻变器件的研究

采用溶胶-凝胶工艺在p型单晶硅衬底上制备了La0.7Mg0.3MnO3薄膜,对薄膜的微观结构及Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si器件的电致阻变性能进行了研究.结果表明:La0.7Mg0.3MnO3薄膜在经过700℃退火2h后为单一的钙钛矿结构,沿(112)晶向择优生长,薄膜致密平整;Ag/La0.7Mg0.3MnO3/p+-Si阻变器件具有典型的双极型阻变特性,具有非常高的电阻开关比,其高阻态(HRS)与低阻态(LRS)的比值高于105,以及较佳的耐疲劳性能,器件在1000次循环后高、低阻态比值没有明显变化;器件在高阻态(HRS)时的导电机制为Schotty势垒发射效应,低阻态(LRS)导电机制为导电细丝机制.     

烧结工艺对La0.67Ca0.33MnO3多晶物理性质的影响

利用溶胶-凝胶法成功制备了La0.67Ca0.33MnO3粉末,并通过优化烧结工艺获得了物理性能优异的La0.67Ca0.33MnO3多晶靶材.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分别测试了样品的物相、结构和微观形貌,并利用四探针法测试了靶材的电阻率-温度曲线.结果表明,影响TCR的主要因素有晶粒的化学均匀性、晶粒尺寸和晶界的数量,样品具有接近室温的金属-绝缘转变温度(TM1 =274 K)和高的电阻温度系数(TCR=13.5;).     

退火温度对La3Ga5SiO14薄膜结构及表面形貌的影响

采用脉冲激光沉积技术在Si(100)衬底上制备了La3Ga5SiO14薄膜,并研究了不同的退火温度对薄膜结构和表面形貌的影响.衬底温度为室温时生长的薄膜经过800 ℃以上的高温退火后,由最初的无定形态转变为无规则取向的多晶结构.衬底温度为400 ℃时生长的薄膜经过800 ℃退火处理后呈现无序的多晶形态.当退火温度进一步升高至1000 ℃时,XRD图谱显示薄膜由最初的(220)和(300)两个结晶方向转变为以(200)和(400)为主要取向的多晶结构.表面形貌分析表明:衬底温度为400 ℃时,随着退火温度的升高,薄膜颗粒尺寸逐渐增大,表面无裂纹,而衬底温度为室温时生长的薄膜退火后则出现大量的裂缝、孔洞等缺陷.     

NiFe2O4/(0.8BaTiO3-0.2Na0.5Bi0.5TiO3)异质结层状复合薄膜的磁电性能

采用脉冲激光沉积法在(001)-SrRuO3/SrTiO3(SRO/STO)衬底上生长了2-2型NiFe2O4/(0.8BaTiO3-0.2Na0.5 Bi0.5TiO3)(NFO/BT-NBT)磁电复合薄膜.X射线衍射仪(XRD)结果显示所有薄膜均为(00l)择优取向结构.物理性能测试结果表明:NFO/BT-NBT复合薄膜同时具有良好的铁磁性和铁电性,但不同的沉积顺序对复合薄膜的磁电耦合性能产生重要影响.以铁磁材料NFO为顶层的NFO/BT-NBT/SRO/STO异质结的磁电耦合系数(αE～110 mV·cm-1·Oe-1)大于以铁电材料BT-NBT为顶层的BT-NBT/NFO/SRO/STO异质结的磁电耦合系数(αE～80 mV·cm-1·Oe-1),这是NFO层受到衬底束缚作用不同的结果.     

在Si和GaAs衬底上分子束外延CdTe的晶格应变

本文利用高分辨率多重晶多重反射X射线衍射技术对分子束外延CdTe(211)B/ Si(211)与CdTe(211)B/GaAs(211)B材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的倒易点二维图,对CdTe缓冲层的应力和应变状况进行了分析.研究显示,对于一定厚度的CdTe外延薄膜,在从生长温度280℃降至室温20℃的过程中,由于和衬底存在热膨胀系数的差异,将在外延薄膜中产生热应力,使外延薄膜发生应变,并且这种应变取代了失配应变,在晶格畸变中占据主导地位.对于Si衬底,热应变表现为张应力;对于GaAs衬底,热应变表现为压应力.该研究结果对于进一步优化在大失配的异质衬底上外延同Hg1-xCdxTe材料晶格匹配的Cd1-yZnyTe材料的Zn组分具有指导意义.     

高电阻温度系数的La0.67(Ca0.33-xSrx)MnO3多晶陶瓷制备与电学性能研究

采用溶-凝胶法在1450 ℃烧结12 h的条件下,制备了x组分为0、0.01、0.03、0.05、0.06、0.07的La0.67(Ca0.33-xSrx)MnO3 (LCSMO)多晶陶瓷,通过R-T、XRD和SEM测试分析,结果表明,溶胶-凝胶方法制备的LCSMO多晶陶瓷其物相较纯,阻温特性良好,晶粒尺寸大,致密度高.在未掺Sr时,该体系电阻温度系数(TCR)达到最高值42.5;.随着Sr掺杂比增加,金属-绝缘体转变温度TP升高,TCR降低,而在TP达到室温时,LCSMO多晶陶瓷具有较大的TCR(9;以上).在LCSMO多晶体系中如此大的TCR较为罕见,使其具有重要的潜在应用价值.     

利用Al/AlAs中间层调控GaAs在Si(111)上外延生长的研究

为了实现Ⅲ-V器件在硅基平台上单片集成,近年来Ⅲ-V半导体在硅衬底上的异质外延得到了广泛研究。由于Ⅲ-V半导体与Si之间大的晶格失配以及晶格结构不同,在Si上生长的Ⅲ-V半导体中存在较多的失配位错及反相畴,对器件性能造成严重影响。而Si(111)表面的双原子台阶可以避免Ⅲ-V异质外延过程中形成反相畴。本文利用分子束外延技术通过Al/AlAs作为中间层首次在Si(111)衬底上外延生长了GaAs(111)薄膜。通过一系列对比实验验证了Al/AlAs中间层的插入对GaAs薄膜质量的调控作用,并在此基础上通过低温-高温两步法优化了GaAs的生长条件。结果表明Al/AlAs插层可以为GaAs外延生长提供模板,并在一定程度上释放GaAs与Si之间的失配应力,从而使GaAs薄膜的晶体质量得到提高。以上工作为Ⅲ-V半导体在硅上的生长提供了新思路。     

不同衬底制备硅薄膜的微结构研究

本文用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在普通玻璃衬底、未织构的氧化锌掺铝(AZO)覆盖的普通玻璃衬底和石英衬底上室温下制备了微晶硅薄膜.然后用快速光热退火炉(RTP)在600℃下对样品进行了7min的退火处理, 借助Raman和SEM对退火前后硅薄膜微结构进行了研究,并用声子限域理论和纳晶表面效应对实验现象进行了分析.结果表明:(1) 薄膜沉积过程中,衬底结构对薄膜微结构有重要影响,相对来说石英衬底上沉积的硅薄膜最容易晶化,其次是玻璃衬底,再其次是未织构的AZO覆盖的玻璃衬底.初步分析认为,主要是因为衬底的无序结构与硅的晶体结构的失配程度不同造成的影响;(2)退火后,薄膜晶粒尺寸均增大.进一步推测, AZO薄膜微结构随退火的变化将导致硅薄膜微结构受到牵连影响.     

热处理工艺对室温制备ZnO:Al薄膜结构与光电性能的影响

采用室温溅射加后续退火工艺制备了ZnO∶ Al透明导电薄膜.研究了热处理工艺对薄膜微观结构和光电性能的影响.研究表明:退火有助于减小Al~(3+)对Zn~(2+)的取代造成的晶格畸变,消除应力,促进晶粒长大,有效提高电子浓度和迁移率,降低电阻率;当溅射功率为80 W、退火温度为320 ℃时,薄膜的电阻率可低至8.6×10~(-4) Ω·cm;退火气氛对薄膜的导电性能有较大影响,真空退火可使吸附氧脱附,大大降低薄膜的方块电阻.而退火温度和退火气氛均对ZnO∶ Al薄膜的透光率没有明显影响,薄膜的透光率在86;以上.     

退火升温速率对LaNiO3薄膜结构和电学性能的影响

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si(100)衬底上制备了镍酸镧(LaNiO3,LNO)薄膜,并利用XRD、SEM、AFM和半导体参数分析仪等研究了退火升温速率对LNO薄膜结构和电学性能的影响.结果表明,溶胶-凝胶法制备的LNO薄膜呈现赝立方钙钛矿型多晶结构,呈(110)择优取向生长;薄膜表面平整、均匀、无裂纹.随着退火升温速率的增加,LNO薄膜的晶粒尺寸先增大后减小;其电阻率先减小后增大.在退火升温速率为20℃/min时,LNO薄膜晶粒尺寸达到最大值94 nm,电阻率达到最小值9.5 x10-4 Ω·m.     

缓冲层对溶胶凝胶制备ZnO∶ Sn薄膜性能的影响

采用溶胶凝胶旋涂法,在石英衬底上引入缓冲层制备ZnO∶Sn薄膜.利用四探针电阻率测试仪、X射线衍射仪(XRD)、光致发光(PL)谱仪、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等测试手段对薄膜的微观结构和光电性能进行表征.结果表明:所制样品均呈现六角纤锌矿晶体结构并沿C轴择优生长,薄膜的结晶质量和光电性能达到改善,适当厚度的缓冲层可以有效缓解薄膜和衬底间的晶格失配.随着缓冲层厚度的增加,薄膜的电导率以及在可见光范围的透过率先增大后减小.制备两层缓冲层薄膜性能最优,电阻率达到9.5×10-3 Ω·cm,可见光波段的平均透过率为91;.     

Mg掺杂对ZnO薄膜结构与磁性的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在单晶Si(100)衬底上制备Zn1-xMgxO薄膜,研究了退火温度和氧压对Zn1-xMgxO薄膜的结构和磁性的影响.结果表明,Mg掺入量影响ZnO结构相变,当x≥0.25时,Zn1-xMgxO薄膜由六角纤锌矿结构变为立方结构,同时磁性增强.随着氧压的增大和后续退火温度的升高,都会使饱和磁化强度(Ms)呈先增大后减小的趋势.分析表明磁性的变化都与样品中的表面缺陷浓度有关.     

氩氧混合气体及纯氧气氛下脉冲激光沉积法制备YBa2Cu3O7-δ超导薄膜的研究

利用脉冲激光沉积法(PLD)在保证其它实验参数不变的情况下,分别在Ar∶O2为3∶1和纯O2的气氛中,在(001) SrTiO3 (STO)基片上制备了外延的高质量YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜.X射线衍射表明在氩氧混合气体下制备的YBCO薄膜具有更好的结晶质量.扫描电子显微镜测量结果发现:相比于纯O2氛围下制备的YBCO样品,在氩氧混合氛围中制备的薄膜表面具有较小颗粒密度.通过四引线法获得YBCO薄膜的归一化电阻(R/R100K)随温度(T)的变化关系发现,虽然对应不同氛围制备的YBCO薄膜的零电阻转变温度均为90.0K,但是,对应氩氧混合气体的YBCO具有更小的正常态电阻.研究结果表明脉冲激光制备YBCO的过程中,引入氩气可以改善YBCO薄膜的结构和性能.     

La掺杂对ZnO纳米薄膜微观结构与光学特性的影响

采用射频磁控溅射方法在Si衬底上制备了不同掺杂量的La掺杂ZnO(ZnO∶La)薄膜.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计和光致荧光发光(PL)等表征技术,研究了不同掺杂量对ZnO∶ La薄膜的微观结构和光学特性的影响.结果表明,所有薄膜均只出现的(002)衍射峰,表明La3+可以替代ZB2或者进入ZnO晶格间隙,并未改变ZnO的六角纤锌矿结构.通过计算可知La掺杂可以抑制ZnO的晶粒增长.可见光范围的透过率超过80;,同时随着La掺杂量的增加,薄膜的光学带隙值逐渐增大.通过对光致发光谱的研究表明,La掺杂可以增强ZnO薄膜室温下的紫外光发光强度.