La-,1-x-D-,x-MnO-,3-(D=Sr，Ca)基P-N結(jié)的制備及磁電性能的研究.pdf

1、本論文利用磁控濺射法制備了鈣鈦礦錳氧化物(La1-xSrxMnO3,La1-xCaxMnO3)基異質(zhì)p-n結(jié),并主要研究其電學(xué)、磁學(xué)性能。主要工作包含以下幾個(gè)部分:1.利用磁控濺射法制備了膜厚分別為5、15、80nm的La0.8Sr0.2MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3(LSMO1/SNTO)和80nm的La0.96Sr0.04MnO3(LSMO2)/SNTO異質(zhì)p-n結(jié),主要研究了磁場(chǎng)對(duì)這些異質(zhì)結(jié)I-V特性的影響以及相應(yīng)的磁

2、致電阻(MR)效應(yīng)。這些異質(zhì)結(jié)都表現(xiàn)出良好的整流特性,并且其整流特性能受到外加磁場(chǎng)的調(diào)控。(a)膜厚分別為5、15、80nm的LSMO1/SNTO異質(zhì)p-n結(jié)的I-V特性曲線明顯受磁場(chǎng)的影響,且對(duì)于不同膜厚樣品,磁場(chǎng)的影響是不一致的。相對(duì)應(yīng)地,不同膜厚LSMO1/SNTO異質(zhì)p-n結(jié)中磁阻電阻效應(yīng)也是不同的:在LSMO1(5nm)/SNTO異質(zhì)結(jié)中只出現(xiàn)正MR;在LSMO1(15nm)/SNTO異質(zhì)結(jié)中正、負(fù)MR都存在;而在LSMO1(

3、80nm)/SNTO異質(zhì)結(jié)中只出現(xiàn)負(fù)的MR。特別值得指出的是在LSMO1(5nm)/SNTO異質(zhì)結(jié)中測(cè)得了高達(dá)1900％的正MR,這在同類型異質(zhì)結(jié)中還沒有報(bào)道過。(b)不同Sr含量的LSMO1/SNTO和LSMO2/SNTO異質(zhì)結(jié)中表現(xiàn)出不同性質(zhì):LSMO1/SNTO的結(jié)電阻溫度曲線在200K附近發(fā)生金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變。而在LSMO2/SNTO異質(zhì)結(jié)中,結(jié)電阻溫度曲線存在兩個(gè)溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)170K和100K,表現(xiàn)為絕緣態(tài)→金屬態(tài)→絕緣態(tài)轉(zhuǎn)變過

4、程。此外,LSMO1/SNTO異質(zhì)結(jié)中只測(cè)量到負(fù)MR,而在LSMO2/SNTO異質(zhì)結(jié)中可以看到,正向偏壓下,MR隨溫度升高從負(fù)值慢慢轉(zhuǎn)變到正值;反向偏壓下,MR隨溫度升高從正值慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值。
　　 2.為了綜合利用La1-xSrxMnO3和ZnO、SnO2等的優(yōu)良性能,制備了STO/LSMO1/ZnO、Al2O3/SnO2/La0.9Sr0.1MnO3(LSMO3)和STO/LSMO3/SnO2異質(zhì)結(jié)。(a)利用磁控濺射法成功

5、制備了ZnO膜厚分別為20、140、200nm的STO/LSMO1/ZnO異質(zhì)結(jié),這些異質(zhì)結(jié)都具有良好的整流特性。對(duì)LSMO1/ZnO異質(zhì)結(jié)的結(jié)電阻-溫度曲線研究發(fā)現(xiàn),隨ZnO膜厚增加,結(jié)電阻RJ減小,金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變溫度TMI升高。值得注意的是,LSMO1/ZnO異質(zhì)結(jié)的TMI比單層LSMO1薄膜小很多,這應(yīng)該是由于LSMO1/ZnO界面處Zn的擴(kuò)散和沉積ZnO過程中LSMO1薄膜中氧的流失造成的。此外,LSMO1薄膜中壓應(yīng)力也會(huì)引起

6、TMI的減小。在LSMO1/ZnO的結(jié)電阻-溫度曲線低溫部分發(fā)現(xiàn)有類似金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象出現(xiàn),這在LSMO1單層膜中沒有測(cè)量到。這應(yīng)該有兩個(gè)可能的原因:首先,可能與LSMO1薄膜中的應(yīng)力引起的電荷有序有關(guān);其次,ZnO是寬帶隙的半導(dǎo)體,轉(zhuǎn)變也可能由ZnO的半導(dǎo)體特性引起的。此外,我們對(duì)LSMO1/ZnO異質(zhì)結(jié)的磁致電阻效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn),三個(gè)樣品中MR的最大值都超過了-90％,并且MR效應(yīng)在常溫下仍然存在。(b)為了制備Al2O3/SnO

7、2/LSMO3和STO/LSMO3/SnO2異質(zhì)結(jié)構(gòu),先對(duì)SnO2薄膜制備工藝進(jìn)行了摸索,得到了四方結(jié)構(gòu)的SnO2薄膜,并使其具有n型導(dǎo)電性。Al2O3/SnO2/LSMO3和STO/LSMO3/SnO2異質(zhì)結(jié)的電學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn),都為線性的I-V特性,而不具有類似p-n結(jié)的整流特性,這應(yīng)該是由于LSMO3和SnO2界面處嚴(yán)重的擴(kuò)散造成的。
　　 3.利用磁控濺射制備了基于La1-xCaxMnO3的異質(zhì)結(jié)構(gòu),研究了其電學(xué)性質(zhì)。主要結(jié)果

8、如下:(a)在SNTO襯底上制備了厚度為10、30、100nm的La0.7Ca0.3MnO3薄膜以及厚度為100nm的La0.25Ca0.75MnO3和La0.1Ca0.9MnO3薄膜。XRD分析發(fā)現(xiàn),各薄膜層都是沿襯底外延生長(zhǎng)的。(b)對(duì)不同成分的La1-xCaxMnO3(x=0.3,0.75,0.9)/SNTO異質(zhì)結(jié)的變溫曲線的研究發(fā)現(xiàn),異質(zhì)結(jié)中電流傳輸在小正向偏壓下為隧穿模式,較大正向偏壓下為熱激發(fā)模式。(c)制備的La1-xCa