La0.8Sr0.2MnO3薄膜与异质p-n结的整流伏安特性及输运性研究

摘要

自从发现钙钛矿结构的锰氧化物具有巨磁阻效应以来，有关它的研究已经成为了当前强关联电子体系的一个研究热点。由于巨磁电阻效应在工业上具有广泛的应用背景，如磁随机存储和传感器，信息存储领域中的磁记录元件以及在自旋极化的全氧化物器件上的应用。然而，这些应用主要是基于薄膜的特性。从基础研究上来讲，这些锰氧化物表现出丰富的物理内容，如顺磁-铁磁相变伴随绝缘-金属相变，电荷轨道有序，相分离，Jahn-Teller畸变，以及各种相互作用之间的耦合，这些复杂的现象激发了物理学研究人员的研究兴趣。更重要的是，从应用研究上来讲，对巨磁阻薄膜的研究和探究，不仅对当前的自旋电子学的应用有重要意义，而且为全氧化物或氧化物-金属原型薄膜器件的研制提供了有效途径。
　　 本论文通过对钙钛矿锰氧化物外延薄膜的应力、氧含量和厚度效应的研究，探索了沉积氧压、衬底应力以及薄膜厚度对外延薄膜结构和输运性的影响，特别是原位沉积氧压与薄膜的结构、整流伏安特性和输运性的关系，晶格失配应变与厚度效应，角度畸变引起的应变与整流特性，以及输运性的变化等进行了深入的分析和讨论。
　　 本论文共分为四章。
　　 第一章，锰氧化物薄膜及异质p-n结的背景现状、基本的物理性质以及半导体理论在本章中给出了详细介绍。首先我们回顾了钙钛矿结构锰氧化物的基本性质和主要特征，包括钙钛矿晶体结构，锰离子电子结构，交换作用，锰氧化物相图，锰基异质p-n结整流伏安特性和锰氧化物薄膜的霍尔效应。
　　 第二章，简要地介绍了脉冲激光沉积镀膜的方法及其特点，结合薄膜制备的需要，也对锰氧化物薄膜及块材的制备方法进行了叙述。我们系统地介绍了掺杂锰氧化物异质结(薄膜)的制备参数，以及结构和整流伏安特性(输运性)的表征。并就测量所需仪器的使用方法和基本原理进行了简单介绍。
　　 第三章，主要讲述了用脉冲激光沉积方法在(100)0.7wt％Nb：SrTiO3(NSTO)衬底上制备的La0.8Sr0.2MnO3/0.7wt％Nb：SrTiO3(LSMO/NSTO)(100)薄膜异质结，并详细研究了氧含量和后退火温度及搁置时间对异质结结构及整流伏安特性的影响。实验结果表明，LSMO/NSTO(100)异质p-n结均有良好的外延单晶结构和平整的表面，并表现出良好的整流伏安特性。
　　 第四章，在LSAT和STO衬底上利用脉冲激光沉积法制备了单层的La0.8Sr0.2MnO3外延薄膜，衬底应力、氧含量及薄膜厚度对Sr掺杂的锰酸镧外延单晶薄膜的结构和输运性的影响被系统研究了。实验结果表明，薄膜厚度的降低引起了转变温度的升高以及电阻率的增加。