脉冲激光沉积制备层状钴氧化物薄膜及其输运特性研究

摘要

本论文在多种单晶基片上利用脉冲激光沉积技术外延生长了层状钴氧化物Bi2Sr2Co2Oy、Ca3Co4O9和NaxCoO2热电薄膜并研究了其热电输运特性，所得主要结论如下：
　　1)利用脉冲激光沉积技术制备了Bi2Sr2Co2Oy薄膜并研究了沉积温度和氧压对薄膜晶体结构及电输运性能的影响。在最佳沉积条件下得到的薄膜为在ab面和c轴方向完全织构的外延薄膜，其室温和高温热电性能均可以和单晶样品相比拟。
　　2)利用脉冲激光沉积技术制备了Ca3Co4O9薄膜并研究了Fe含量对Ca3Co4-xFexO9(x=0、0.05、0.1、0.15)薄膜电学性能的影响。随着Fe含量的增加(x≤0.1)，空穴载流子浓度增加，薄膜的电阻率减小；进一步增加铁含量(x>0.1)会导致薄膜晶格发生畸变或富铁的第二相，使载流子散射增强、电阻率升高。因塞贝克系数基本不受铁含量的影响，故少量的Fe替代Co位可以改善Ca3Co4O9薄膜的热电性能。
　　3)利用脉冲激光沉积和离子扩散技术制备了NaxCoO2外延薄膜，薄膜的功率因子可以和单晶样品相比拟。在此基础上我们制备了c轴倾斜的NaxCoO2外延薄膜并研究了其激光诱导热电压效应。当入射激光波长为308nm时，探测到的开路电压信号灵敏度高达16V/mJ，这表明NaxCoO2薄膜不仅在热电器件而且在非制冷光探测器领域均具有重要的应用前景。

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第1章 绪 论

1.1 热电效应理论

1.2 热电学的有关理论

1.3 提高热电性能的途径

1.5 本论文研究目的及意义

第2章 样品的制备与性能测试

2.1 氧化物薄膜的制备

2.2 晶体结构测试(X射线衍射)

2.3 热电性能测试

2.4 小结

第3章 脉冲激光沉积温度及氧压对Bi2Sr2Co2Oy热电薄膜晶体结构的影响及其热电性能研究

3.1 引言

3.2 脉冲激光沉积Bi2Sr2Co2Oy薄膜

3.3 LMBE沉积温度及氧压对Bi2Sr2Co2Oy薄膜晶体结构与电输运性能的影响

3.4 在STO(001)单晶基片上沉积Bi2Sr2Co2Oy薄膜并研究其热电性能

3.5 小结

第4章 脉冲激光沉积法制备钙钴铁氧(Ca3Co4-xFexO9)热电薄膜

4.1 实验过程与数据分析

4.2 小结

第5章 NaxCoO2薄膜的制备及其激光诱导电压

5.1 NaxCoO2热电薄膜的制备

5.2 实验结果和讨论

5.3 小结

结束语

参考文献

致 谢

硕士期间研究成果及所获奖励