La-,1-x-D-,x-MnO-,3-(D=Sr，Ca)基P-N結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p-n結,并主要研究其電學、磁學性能。主要工作包含以下幾個部分: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p-n結,主要研究了磁場對這些異質結I-V特性的影響以及相應的磁

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

3、80nm)/SNTO異質結中只出現(xiàn)負的MR。特別值得指出的是在LSMO1(5nm)/SNTO異質結中測得了高達1900％的正MR,這在同類型異質結中還沒有報道過。(b)不同Sr含量的LSMO1/SNTO和LSMO2/SNTO異質結中表現(xiàn)出不同性質:LSMO1/SNTO的結電阻溫度曲線在200K附近發(fā)生金屬-絕緣體轉變。而在LSMO2/SNTO異質結中,結電阻溫度曲線存在兩個溫度轉變點170K和100K,表現(xiàn)為絕緣態(tài)→金屬態(tài)→絕緣態(tài)轉變過

4、程。此外,LSMO1/SNTO異質結中只測量到負MR,而在LSMO2/SNTO異質結中可以看到,正向偏壓下,MR隨溫度升高從負值慢慢轉變到正值;反向偏壓下,MR隨溫度升高從正值慢慢轉變?yōu)樨撝怠?br>　　 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異質結。(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異質結,這些異質結都具有良好的整流特性。對LSMO1/ZnO異質結的結電阻-溫度曲線研究發(fā)現(xiàn),隨ZnO膜厚增加,結電阻RJ減小,金屬-絕緣體轉變溫度TMI升高。值得注意的是,LSMO1/ZnO異質結的TMI比單層LSMO1薄膜小很多,這應該是由于LSMO1/ZnO界面處Zn的擴散和沉積ZnO過程中LSMO1薄膜中氧的流失造成的。此外,LSMO1薄膜中壓應力也會引起

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

7、2/LSMO3和STO/LSMO3/SnO2異質結構,先對SnO2薄膜制備工藝進行了摸索,得到了四方結構的SnO2薄膜,并使其具有n型導電性。Al2O3/SnO2/LSMO3和STO/LSMO3/SnO2異質結的電學測試發(fā)現(xiàn),都為線性的I-V特性,而不具有類似p-n結的整流特性,這應該是由于LSMO3和SnO2界面處嚴重的擴散造成的。
　　 3.利用磁控濺射制備了基于La1-xCaxMnO3的異質結構,研究了其電學性質。主要結果

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的。(b)對不同成分的La1-xCaxMnO3(x=0.3,0.75,0.9)/SNTO異質結的變溫曲線的研究發(fā)現(xiàn),異質結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