鈣鈦礦錫酸鹽外延薄膜及相關異質結制備與物性研究.pdf

1、透明導電氧化物(TCOs)薄膜由于同時具有很好的電導性和在可見光區(qū)很高的透過率，因而被廣泛地應用于太陽能電池、平板顯示器和發(fā)光二極管等各個領域。常見的TCOs薄膜有ITO、摻雜SnO2和ZnO等。所有這些常規(guī)的應用，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。然而，隨著對新型TCOs材料研究不斷深入，尤其是p型TCOs的出現(xiàn)，開辟了TCOs應用的新領域—“透明光電子學”。另一方面，隨著全氧化物電子器件的快速發(fā)

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

3、流特性和磁電阻效應進行了分析和討論。各章的主要內容分別概括如下：
　　 第一章簡單介紹了透明導電薄膜的物理性質、研究概況和應用，并對全透明器件和錳氧化物異質結的研究概況進行了回顧。
　　 第二章主要介紹了本實驗需要用到的薄膜制備方法、樣品表征和測試方法。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，以及磁學性質測量系統(tǒng)(MPMS)和物理性質測量系統(tǒng)(M

4、PMS)的測試原理和方法。
　　 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SrSnO3薄膜結構、電學和光學性質的影響。實驗結果表明Sb和Nd摻雜SrSnO3薄膜，具有好的單晶立方鈣鈦礦結構，晶胞參數(shù)約為4.04(A)；呈現(xiàn)高的電導；在300-2500nm的波長范圍透光率高達90％以上，其光學帶隙寬度約4.53eV。所有結果表明我們通過對SrSnO3摻雜得到了一種全新的鈣鈦礦結構的透明導電薄膜。

5、r>　　 第四章主要講述了用脈沖激光沉積方法在STO(001)襯底上外延生長的Sb摻雜BaSnO3薄膜，并詳細地研究了不同Sb含量對結構、電學和光學性質的影響。低摻雜(3％和7％)薄膜在150K和80K處出現(xiàn)金屬-絕緣體轉變，歸因于薄膜的簡并性質。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，隨著摻雜量的增加，薄膜的透光

6、率在可見光范圍從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效應來解釋。所有實驗結果表明低摻雜Sb-BaSnO3薄膜是一種具有非常好的電導和透光率的新型鈣鈦礦結構透明導電氧化物薄膜。
　　 第五章主要介紹兩種不同結構的異質結整流和磁電阻特性：①n-LSSO/p-LCMO/NdGaO3(001)p-n結；②p-LCMO/i-SrSnO3/n-LSSO/SrTiO3 p-i-n結。他們

7、在整個測量溫度范圍310-10K均呈現(xiàn)非常好的整流特性。P-n結利用了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)生了非常大的負磁電阻(3T時，-93％)。改變結構后的p-i-n結中LCMO薄膜不存在電荷有序相，隨著偏置電壓的增大MR出現(xiàn)了由負到正的渡越，歸因于來自于LSSO的電子在外電場的作用下有選擇地被注入到LCMO/SSO界面處LCMO復雜的與