功能薄膜的電子顯微學(xué)研究及應(yīng)用.pdf

1、本論文綜合利用衍襯像(DCI)、選區(qū)電子衍射(SAED)、高分辨像(HREM)、電子能量損失譜(EELS)、X射線能量色散譜(EDS)及掃描電子顯微鏡(SEM)等顯微分析方法對(duì)功能薄膜La0．9Sr0．1MnO3(LSMO)和Ge2Sb2Te5以及相關(guān)器件進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過微觀結(jié)構(gòu)解釋其宏觀物理性能，發(fā)展新應(yīng)用。主要工作根據(jù)所研究的材料不同分為兩大部分，具體結(jié)論如下： 第一部分：La0．1Sr0．9MnO3/Si p-n結(jié)退

2、火效應(yīng)的研究。 1．利用磁控濺射方法在不同退火溫度下制備了具有優(yōu)良整流特性的LSMO/Sip-n結(jié)。通過TEM和SAED方法對(duì)其退火前后微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。解釋了磁控濺射生長(zhǎng)LSMO薄膜的退火機(jī)制，描述了退火溫度對(duì)于LSMO/Si異質(zhì)結(jié)界面的重要影響。發(fā)現(xiàn)在退火過程中非晶LSMO薄膜發(fā)生多晶化，LSMO/Si界面處出現(xiàn)雙層過渡結(jié)構(gòu)，且雙層結(jié)構(gòu)的厚度隨退火溫度的不同有規(guī)律的發(fā)生變化。通過對(duì)EELS譜的研究，發(fā)現(xiàn)退火過程使錳元素平均

3、價(jià)態(tài)在垂直于界面方向上發(fā)生變化。 2．發(fā)展了LSMO/Si p-n結(jié)電學(xué)方程用以描述異質(zhì)結(jié)構(gòu)電壓電流特性，證明了在給定電壓下Id3(I為電流，d對(duì)應(yīng)于非晶SiOx層的厚度)為常數(shù)的關(guān)系。對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證明了磁控濺射原位退火方法引入的(LSMO)y(SiOx)1-y層在此p-n結(jié)中僅起到p型半導(dǎo)體的作用，沿垂直薄膜方向的Mn3+與Mn4+離子分布不均衡對(duì)p-n結(jié)的整流特性沒有重要影響，整流特征的主要貢獻(xiàn)來自于中間層SiOx。提高p-n

4、結(jié)的整流特征可以通過調(diào)節(jié)退火溫度以調(diào)節(jié)SiOx層厚度實(shí)現(xiàn)。 第二部分：Ge2Sb2Tes薄膜的電子顯微學(xué)研究及應(yīng)用。 3．利用TEM對(duì)Ge2Sb2Te5相變薄膜的晶化行為進(jìn)行了詳細(xì)研究，研究了不同條件如電子束能量、束流密度和輻照時(shí)間等條件下電子束對(duì)Ge2Sb2Te5結(jié)晶的影響，確定了點(diǎn)晶化最佳電子束輻照強(qiáng)度以及晶化時(shí)間，利用對(duì)透射電鏡掃描附件進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)電子束移動(dòng)及持續(xù)時(shí)間的的可控，并利用可控聚焦電子束在非晶GST薄膜上

5、成功制備了高密度晶化點(diǎn)陣，信息存儲(chǔ)密度高達(dá)0．8Tbit/in2。 4．利用Ge2Sb2Te5薄膜晶化后電阻率大幅度降低這一特點(diǎn)，在掃描電鏡中設(shè)計(jì)了一種全新的微電極制備方法。通過實(shí)驗(yàn)證明了在掃描電子顯微鏡下，通過輔助加熱，可以利用低能電子束對(duì)Ge2Sb2Te5相變材料薄膜進(jìn)行晶化，晶化后狀態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)的fcc結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微電極的制備提供了依據(jù)，為原位微觀電學(xué)測(cè)量開辟了一條新的道路。 5．制備了具有中空底電極結(jié)構(gòu)的相變