镧锶钴氧薄膜的脉冲激光沉积法制备及电性能测试

摘要

铁电薄膜集成器件是当代信息科学技术的重要前沿之一,而钙钛矿结构的铁电薄膜与导电薄膜的异质结构是集成铁电器件的核心.为了使铁电薄膜能更好地应用于集成器件,选用合适的方法制备制备合适的电极是非常重要的,电极层的性能直接决定了铁电薄膜材料性能的优劣.本论文的主要任务就是用脉冲激光法在不同的衬底上沉积导电钙钛矿结构氧化物La<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>薄膜,并对生长出薄膜的结晶程度、表面形貌及导电性能进行了测试及分析.以实现应用于集成铁电器件,达到电极与铁电薄膜界面的结构匹配,延长铁电集成器件的寿命.本文用脉冲激光沉积法在Si衬底、SiO<,2>/Si衬底、Pt/Ti/SiO<,2>/Si衬底、LaAlO<,3>衬底四种衬底上制备了La<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>薄膜.结晶程度及表面形貌测试结果显示LaAlO<,3>衬底上生长的薄膜晶化程度和生长情况最好,其次为Pt/Ti/SiO<,2>/Si衬底上生长的薄膜,在镀膜温度为600℃,镀膜氧压为50Pa条件下,Si衬底和SiO<,2>/Si衬底上的薄膜晶化程度也已很好.而Si衬底、SiO<,2>/Si衬底及Pt/Ti/SiO<,2>/Si衬底上生长的薄膜都有不同程度的微裂纹产生.经过炉内退火(in-situ)处理的薄膜样品产生微裂纹的程度有所减轻,层层蒸镀,并经过in-situ处理的薄膜样品表面形貌显著改善.而炉外后退火(ex-situ)处理对薄膜没有改善.晶格匹配、热膨胀系数的匹配是获得生长良好薄膜的关键因素.La<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>薄膜电性能的测试显示电阻率与结晶程度、表面形貌密切相关.但Pt/Ti/SiO<,2>/Si衬底上生长的薄膜虽然也存在微裂纹,电阻率却最低,其原因可能在于薄膜厚度薄,在进行薄膜表面电阻测量时,电子穿透La<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>薄膜从Pt膜上传输走了.本文还研究了倾斜衬底上La<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>薄膜和另外一种钙钛矿结构氧化物La<,0.67>Ca<,0.33>MnO<,3>薄膜的电阻各向异性效应,结果显示,倾斜衬底上生长的La<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>薄膜和La<,0.67>Ca<,0.33>MnO<,3>薄膜都有电阻各向异性效应,并且随着衬底的倾斜角度的增大,各向异性越明显,这与倾斜衬底上薄膜的各向异性生长有关.此外,我们还发现了倾斜衬底上La<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>薄膜的激光感生电压(LITV)效应,以及La<,0.5>Sr<,0.5>CoO<,3>薄膜的气敏效应.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1集成铁电器件中的电极材料

1.1.1集成铁电器件

1.1.2铁电红外焦平面器件

1.1.3钙钛矿结构导电薄膜在集成铁电器件中的应用

1.2钙钛矿结构导电薄膜材料脉冲激光沉积法的制备

1.2.1薄膜的制备技术

1.2.2脉冲激光沉积法

第二章脉冲激光沉积法制备薄膜

2.1脉冲激光沉积薄膜发展

2.2脉冲激光沉积薄膜理论

2.3脉冲激光沉积薄膜设备

2.3.1准分子激光器

2.3.2沉积系统

2.3.3控制系统

2.4脉冲激光沉积薄膜的优缺点

第三章La0.5Sr0.5CoO3薄膜的制备

3.1实验过程

3.1.1衬底的清洗

3.1.2靶材及衬底的安装

3.1.3光路调节

3.1.4系统抽真空及衬底加热

3.1.5薄膜沉积

3.1.6退火处理

3.2靶材及衬底的选择

3.3工艺参数的选择

3.4薄膜制备中的几个问题

第四章La0.5Sr0.5CoO3薄膜的结晶及表面形貌分析

4.1 La0.5Sr0.5CoO3薄膜的结晶程度测试及分析

4.1.1不同衬底对La0.5Sr0.5CoO3薄膜结晶的影响

4.1.2不同制备工艺对La0.5Sr0.5CoO3薄膜结晶的影响

4.2 La0.5Sr0.5CoO3薄膜的表面形貌分析

4.2.1不同衬底对La0.5Sr0.5CoO3表面形貌的影响

4.2.2不同制备工艺对La0.5Sr0.5CoO3表面形貌的影响

第五章La0.5Sr0.5C oO3薄膜电性能测试与分析

5.1四探针法测量薄膜电阻

5.1.1四探针法的基本原理

5.1.2四探针法的实验装置

5.1.3四探针法的测量与计算

5.1.4四探针法的误差分析

5.2不同衬底上La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻的测试及分析

5.2.1 Si衬底上La0.5Sr0.5CoO3薄膜导电性能测试

5.2.2 SiO2/Si衬底上La0.5Sr0.5CoO3薄膜导电性能测试

5.2.3 Pt/Ti/SiO2/Si衬底上La0.5Sr0.5CoO3薄膜导电性能测试

5.2.4 LaAlO3衬底上La0.5Sr0.5CoO3薄膜导电性能测试

5.2.5不同衬底及不同生长条件对La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻的影响分析

5.3其它工艺条件对La0.5Sr0.5CoO3薄膜导电性能的影响

5.3.1退火工艺对La0.5Sr0.5CoO3薄膜导电性能的影响

5.3.2其他因素对La0.5Sr0.5CoO3薄膜导电性能的影响

5.4倾斜LaAlO3衬底上La0.5Sr0.5CoO3及La0.67Ca0.33MnO3薄膜的电阻各向异性

5.4.1不同倾斜角度LaAlO3衬底上La0.5Sr0.5CoO3薄膜的电阻各向异性

5.4.2不同倾斜角度LaAlO3衬底上La0.67Ca0.33MnO3薄膜的电阻各向异性

5.4.3倾斜衬底上薄膜的自组织结构

第六章La0.5Sr0.5CoO3薄膜的其它效应

6.1倾斜LaAlO3衬底上La0.5Sr0.5CoO3薄膜的激光感生电压效应

6.2 La0.5Sr0.5CoO3薄膜的气敏性质

第七章结论

致谢

参考文献