鈣鈦礦錫酸鹽外延薄膜及相關(guān)異質(zhì)結(jié)制備與物性研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物(TCOs)薄膜由于同時(shí)具有很好的電導(dǎo)性和在可見(jiàn)光區(qū)很高的透過(guò)率，因而被廣泛地應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、平板顯示器和發(fā)光二極管等各個(gè)領(lǐng)域。常見(jiàn)的TCOs薄膜有ITO、摻雜SnO2和ZnO等。所有這些常規(guī)的應(yīng)用，TCOs薄膜一般都是以多晶或者非晶的形態(tài)存在，而且也僅限于光、電的性質(zhì)。然而，隨著對(duì)新型TCOs材料研究不斷深入，尤其是p型TCOs的出現(xiàn)，開(kāi)辟了TCOs應(yīng)用的新領(lǐng)域—“透明光電子學(xué)”。另一方面，隨著全氧化物電子器件的快速發(fā)

2、展，新型全鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的出現(xiàn)及其應(yīng)用顯得尤為重要，這就必然對(duì)TCOs材料的晶胞參數(shù)、界面和材料的兼容等性質(zhì)提出更高要求，因而，尋求新型的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)TCOs薄膜就變得愈加重要和有意義。
　　 本論文中，我們通過(guò)對(duì)寬帶隙錫酸鹽，包括SrSnO3和BaSnO3摻雜，制備了新型的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電外延薄膜，探索了摻雜含量以及制備條件對(duì)外延薄膜結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的影響。另外還制備了具有很好整流特性的錫酸鹽-錳酸鹽異質(zhì)結(jié)，并對(duì)整

3、流特性和磁電阻效應(yīng)進(jìn)行了分析和討論。各章的主要內(nèi)容分別概括如下：
　　 第一章簡(jiǎn)單介紹了透明導(dǎo)電薄膜的物理性質(zhì)、研究概況和應(yīng)用，并對(duì)全透明器件和錳氧化物異質(zhì)結(jié)的研究概況進(jìn)行了回顧。
　　 第二章主要介紹了本實(shí)驗(yàn)需要用到的薄膜制備方法、樣品表征和測(cè)試方法。主要包括脈沖激光沉積鍍膜的原理和方法，x射線衍射、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、x射線光電子能譜工作原理和表征方法，以及磁學(xué)性質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)(MPMS)和物理性質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)(M

4、PMS)的測(cè)試原理和方法。
　　 第三章主要研究了Nd原子部分取代A位Sr，以及Sb原子部分取代B位Sn對(duì)SrSnO3薄膜結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Sb和Nd摻雜SrSnO3薄膜，具有好的單晶立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)約為4.04(A)；呈現(xiàn)高的電導(dǎo)；在300-2500nm的波長(zhǎng)范圍透光率高達(dá)90％以上，其光學(xué)帶隙寬度約4.53eV。所有結(jié)果表明我們通過(guò)對(duì)SrSnO3摻雜得到了一種全新的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電薄膜。

5、r>　　 第四章主要講述了用脈沖激光沉積方法在STO(001)襯底上外延生長(zhǎng)的Sb摻雜BaSnO3薄膜，并詳細(xì)地研究了不同Sb含量對(duì)結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的影響。低摻雜(3％和7％)薄膜在150K和80K處出現(xiàn)金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變，歸因于薄膜的簡(jiǎn)并性質(zhì)。室溫最低電阻率2.43 mΩcm出現(xiàn)在7％Sb含量的薄膜中，其載流子濃度和遷移率分別為n=1.65×1021cm-3和μ=1.75 cm2/Vs。由于光吸收增強(qiáng)，隨著摻雜量的增加，薄膜的透光

6、率在可見(jiàn)光范圍從80％減小到近乎零。隨著載流子濃度的增加薄膜帶隙出現(xiàn)了展寬，可以用Burstein-Moss效應(yīng)來(lái)解釋。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低摻雜Sb-BaSnO3薄膜是一種具有非常好的電導(dǎo)和透光率的新型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)透明導(dǎo)電氧化物薄膜。
　　 第五章主要介紹兩種不同結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)整流和磁電阻特性：①n-LSSO/p-LCMO/NdGaO3(001)p-n結(jié)；②p-LCMO/i-SrSnO3/n-LSSO/SrTiO3 p-i-n結(jié)。他們

7、在整個(gè)測(cè)量溫度范圍310-10K均呈現(xiàn)非常好的整流特性。P-n結(jié)利用了LCMO與襯底NGO的角度失配引起LCMO薄膜產(chǎn)生電荷有序相而制備，外加磁場(chǎng)和偏置電壓引起p-n中LCMO耗盡層電荷有序相的融化，產(chǎn)生了非常大的負(fù)磁電阻(3T時(shí)，-93％)。改變結(jié)構(gòu)后的p-i-n結(jié)中LCMO薄膜不存在電荷有序相，隨著偏置電壓的增大MR出現(xiàn)了由負(fù)到正的渡越，歸因于來(lái)自于LSSO的電子在外電場(chǎng)的作用下有選擇地被注入到LCMO/SSO界面處LCMO復(fù)雜的與