复合氧化物薄膜生长机理及物性研究

发布时间：2017-08-22 12:23

  本文关键词：复合氧化物薄膜生长机理及物性研究

  更多相关文章： 脉冲激光沉积 Cu_2O薄膜 复合薄膜 光的吸收 应变 铁磁性 微结构

【摘要】：脉冲激光沉积技术(pulsed laser deposition,PLD)是目前实验室中兴起的一种制备薄膜的技术。其主要具有容易获得期望化学计量比的多组分薄膜,沉积速率快,实验所需要的周期比较短等优点,另外它对衬底的温度要求较低,且可以通过沉积温度、激光能量、频率、氧压等来调节工艺参数,从而在适当的条件下获得我们所需要的薄膜,它还具有兼容性好、清洁容易处理、可以制备多种材料等特点,所以探究PLD不同工艺条件对氧化物薄膜所产生的影响是非常有意义的。在本文中我们主要探讨了1.使用不同工艺条件在STO(001)基底上,对铜以其氧化物薄膜实现调控生长。2.在不同基底上实现Sr Mn O3(SMO)和SMO:Ni O复合薄膜的生长在本文中,我们首先研究了PLD生长中衬底的温度,激光的能量和频率对铜及其氧化薄膜的影响,包括:晶格结构,表面形貌,电性质,光学性质,化学价态等等。并通过大量的实验积累绘制出,Cu,Cu_2O,Cu_2O:Cu随着不同条件下生长的相图。实验结果表明,高的衬底温度和低的激光能量密度适合单质铜薄膜的生长,而较低的温度和高的激光能量密度则较易获得氧化亚铜或者两者的复合薄膜,电学性质测试表明氧化亚铜保持着半导体性质,且在较高温度和激光频率下获得薄膜样品表面较为粗糙,通过光学性质测试表明Cu_2O:Cu的复合薄膜相比于纯的氧化亚铜薄膜在紫外和红外波段较具有更高的光吸收率。另外通过X射线光电子衍射(XPS)以及X射线诱导的俄歇电子衍射(XAES)分析,证实了薄膜中只存在Cu~0或者Cu~(1+)离子,其化学价态可以通过我们的生长工艺条件来调节。同时我们在不同基底上生长了立方结构的SrMnO_3,以及SrMnO_3:NiO的复合薄膜,在不同基底上生长所需要的氧压条件不尽相同。实验结果表明不同取向的基底所需要的条件不同:对于STO(001),YAO(001)(010)这些取向的基底我们通常需要较大的氧压5Pa-10Pa左右;而STO(111)基底上却需要极低的氧压(1*10~(-5)Pa)。另外通过这种复合薄膜的生长,通过垂直有序结构施加应变,将反铁磁序的SMO调控为铁磁序,并且在室温下观察到明显的磁滞回线。如何通过材料的组分配比和生长工艺的调节来逐步实现材料的铁电性还需要进一步的探索和试验。总之,我们对PLD生长过程中的一些生长机理进行了下探讨,通过改变条件,来获得不同价态的薄膜或者其复合薄膜,不同基底以及不同组份的靶材来获得不同取向,不同结构的薄膜,并对这些薄膜的一些性质进行了仔细研究,为之后的研究奠定了基础。
【关键词】：脉冲激光沉积 Cu_2O薄膜 复合薄膜 光的吸收 应变 铁磁性 微结构
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 材料简介12-16
• 1.2.1 铜及其氧化物12-14
• 1.2.2 锰酸锶和氧化镍材料简介及其研究进展14-15
• 1.2.3 铁电，铁磁，，多铁性材料简介15-16
• 1.3 复合氧化物薄膜16-18
• 1.4 界面效应18-19
• 1.5 本论文的研究意义和内容19-20
• 参考文献20-24
• 第二章 靶材和薄膜的制备方法和表征手法24-37
• 2.1 靶材的制备24-26
• 2.2 薄膜的制备26-29
• 2.2.1 脉冲激光沉积技术26-27
• 2.2.2 脉冲激光沉积系统构造27-28
• 2.2.3 薄膜的制备工艺28-29
• 2.3 薄膜测试和表征方法29-36
• 2.3.1 X射线衍射29-30
• 2.3.2 原子力显微镜30-31
• 2.3.3 扫描电子显微镜31
• 2.3.4 透射电子显微镜31-32
• 2.3.5 X射线能谱仪32-33
• 2.3.6 UV-3600光的吸收测试33
• 2.3.7 综合物性测量系统33-36
• 参考文献36-37
• 第三章 铜及其氧化物薄膜的制备及分析测试37-50
• 3.1 引言37
• 3.2 薄膜测试分析37-46
• 3.2.1 靶材的X射线衍射分析37-38
• 3.2.2 Cu及其氧化物薄膜的XRD分析38-42
• 3.2.3 XPS及XAES分析测试42-46
• 3.3 结果总结讨论46-48
• 参考文献48-50
• 第四章 铜及其氧化物薄膜的微结构及性质测试50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 分析测试和讨论50-57
• 4.2.1 表面形貌分析测试50-54
• 4.2.2 薄膜微结构测试54-55
• 4.2.3 电性质测试55-56
• 4.2.4 光性质测试56-57
• 4.3 本章小结57-59
• 参考文献59-60
• 第五章 SrMnO_3单相、复合薄膜的制备及物性研究60-77
• 5.1 引言60
• 5.2 单相薄膜的制备60-64
• 5.2.1 单相靶材的制备60-62
• 5.2.2 SMO单相薄膜的制备62-64
• 5.2.3 NiO单相薄膜的制备64
• 5.3 复合靶材及薄膜的制备64-66
• 5.4 复合薄膜物性研究分析66-74
• 5.4.1 复合薄膜微结构的研究66-70
• 5.4.2 复合薄膜磁性测试70-74
• 5.5 本章小结74-75
• 参考文献75-77
• 第六章 总结77-79
• 攻读硕士期间公开发表的论文79-80
• 致谢80-81

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本文编号：719141