强关联氧化物薄膜光（热）感生热电势效应及探测器应用

摘要

倾斜衬底上生长的La1-xCaxMnO3(LCMO)及YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜具有激光感生热电势(LITV，或激光感生电压)效应。我们进一步发现了倾斜衬底上生长的La1-xSrxMnO3(LSMO)、La1-xPbxMnO3(LPMO)、La1-xSrxCoO3(LSCO)、Sm1-xSrxMnO3(SSMO)、La1-xBaxMnO3(LBMO)薄膜同样具有该效应。我们通过建立微电源网络模型、瞬时平面热源模型并结合原子层热电堆模型，得到了随时间变化的激光感生电压公式，从而为设计快响应探测器件提供了理论基础。依据该公式，可以对薄膜的一些参量如Seebeck系数、热扩散常量、光穿透深度等进行间接的测量。实际上公式本身就提出了一种用脉冲激光测量薄膜参量的新方法。 根据该公式，从器件应用的角度，探讨了强关联氧化物薄膜光(热)探测器的设计问题。在时间域：分析了薄膜参量对探测器的灵敏度、响应时间和品质因数(定义为灵敏度与响应时间之比，即电压信号峰值/信号上升时间)的影响；此外还研究了负载电阻对薄膜探测器响应时间的影响，发现负载电阻越小，则响应越快。在频率域：讨论了薄膜参量对激光感生电压信号的傅立叶变换幅值谱和相位谱的影响。 由公式导出了脉冲激光能量与激光感生电压信号峰值之间的线性关系，并据此设计了峰值保持型宽光谱(从红外到紫外)、快响应的LCMO、YBCO、LSMO、LPMO及LSCO薄膜激光能量/功率计。 通过对激光感生电压公式取时间积分，从而提出了时间积分型激光能量计的设计原理，并分析了测量的误差。 通过对激光感生电压公式做傅立叶变换，进而提出了傅立叶变换型激光能量计的设计原理。 分析了激光感生电压信号的下降沿(即信号的衰减时间常量)与YBCO薄膜厚度之间的关系，得到了两者之间的经验关系式，进而提出根据激光感生电压信号来测量YBCO薄膜厚度的一种新方法，并对测量误差进行了分析。 采用并联电阻模型，找到了描述LITV信号的精确数学表达式，并据此进一步提出分析物理过程的并联模型。 此外，本论文还对传统型的高温超导薄膜及新型的超大磁电阻薄膜测辐射热仪做了讨论。并以La0.8Sr0.2MnO3及La0.67Ca0.33MnO3-Ag薄膜为例，提出了新的计算电阻温度系数(TCR)的洛仑兹拟合方法，另外还分析了磁场对La0.67Ca0.33MnO3-Ag薄膜的最大TCR系数和最大TCR系数所对应的温度的影响，以及磁场影响下，最大TCR系数和所对应的温度之间的关系，并指出可以采用施加磁场的方法来提高测辐射热仪的工作温度。 在电阻温度测量方面，分析了材料尺寸因素对温度测量的影响。根据并、串联电阻模型，提出了计算尺寸因素影响条件下的电阻温度关系的数学表达式。

目录

文摘

英文文摘

致谢

前言

第一章强关联氧化物

第二章脉冲激光沉积(PLD)薄膜技术

第三章强关联氧化物薄膜光(热)探测器

第四章强关联氧化物薄膜激光能量/功率计

第五章强关联氧化物薄膜测辐射热仪

第六章总结和展望

附录Ⅲ：科研成果