【摘 要】
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钙钛矿结构锡酸锶（SrSnO3）作为新型宽带隙半导体材料,具有低的电子有效质量和高的载流子迁移率等特点,近年来引起了人们广泛的关注。本文通过脉冲激光薄膜沉积技术,选择La、V离子掺杂SrSnO3,在铝酸镧（La Al O3）单晶衬底上生长一系列外延薄膜,研究掺杂对薄膜晶体结构、光学、电学以及磁学的影响,并结合第一性原理计算佐证实验的可靠性。本论文主要研究的工作分为以下三个方面:（1）V掺杂SrSn
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钙钛矿结构锡酸锶（SrSnO3）作为新型宽带隙半导体材料,具有低的电子有效质量和高的载流子迁移率等特点,近年来引起了人们广泛的关注。本文通过脉冲激光薄膜沉积技术,选择La、V离子掺杂SrSnO3,在铝酸镧（La Al O3）单晶衬底上生长一系列外延薄膜,研究掺杂对薄膜晶体结构、光学、电学以及磁学的影响,并结合第一性原理计算佐证实验的可靠性。本论文主要研究的工作分为以下三个方面:（1）V掺杂SrSnO3外延薄膜的结构及非线性带隙调控研究:采用脉冲激光沉积技术,以V作为阳离子掺杂剂,在单晶La Al O3衬底上制备了Sr Sn1-xVxO3薄膜（SSVO,x=0、0.25、0.5、0.75和1）,并结合第一性原理计算研究了V掺杂对SrSnO3薄膜的晶体结构以及能带结构的影响。结果表明,薄膜在La Al O3衬底上进行了外延生长,且随着V含量的增加,SSVO薄膜的晶胞参数逐渐减小;薄膜的光学带隙值呈非线性变化,最初从4.43增加至4.56 e V,而当进一步增加V含量后,带隙值减小到3.31 e V。结合密度泛函理论计算,揭示了SSVO薄膜带隙的初始增加归因于Sn 5s和V 3d轨道之间的杂化,且Sn 5s轨道对导带的贡献随着V掺杂量的增加逐渐变小,V 3d轨道的贡献逐渐增大。（2）La,V共掺杂SrSnO3外延薄膜的电输运及光学性质研究:采用脉冲激光沉积技术,La和V共同作为掺杂元素,在单晶La Al O3衬底上外延生长了(La0.05Sr0.95)(Sn1-xVx)O3薄膜（LSSVO,x=0、0.25、0.5、0.75和1）,研究了La、V共掺杂对LSSVO薄膜的电学及光学性质的影响。结果表明,随着掺杂量的增加,LSSVO薄膜的室温电阻率先增大后减小,当V掺杂量x=1时,薄膜的室温电阻率低至0.05 mΩcm,对应的载流子浓度为1.79×1022 cm-3;同时在(La0.05Sr0.95)VO3薄膜中发现了金属半导体转变行为,转变温度约为49 K。其它组分的LSSVO薄膜的电阻率随着测试温度的降低而减小,与温度相关的电输运性质够使用QCC机制进行解释;在近红外区域,薄膜的透过率随着掺杂浓度的增加而降低;在紫外-可见光区域,薄膜的带隙值呈现先增大后减小的变化,其值分别为4.13、4.24、3.98、3.89和3.22 e V。（3）V低掺杂SrSnO3外延薄膜的室温铁磁性研究:采用脉冲激光沉积技术生长了Sr Sn1-xVxO3薄膜（SSVO,x=0、0.05、0.1、0.15和0.25）,并研究了V低掺杂对薄膜的结构和室温铁磁性的影响。结果表明,薄膜与衬底均具有间隔90°的四重对称峰,且随着V掺杂量的增加,薄膜的晶胞参数和晶胞体积逐渐减小;在室温下,掺杂量x=0.05-0.15的SSVO薄膜出现铁磁性行为,薄膜的饱和磁化强度可以达到9.59 emu/cm~3,而V含量为0.25时饱和磁化强度大幅度降低,表明SSVO薄膜的铁磁性行为依赖于V掺杂浓度。同时发现,经过真空退火处理的Sr Sn0.85V0.15O3薄膜,其饱和磁化强度能够达到10.80 emu/cm~3。与Sr Sn0.85V0.15O3薄膜相比,(La0.05 Sr0.95)(Sn0.85V0.15)O3薄膜在室温下具有更高的饱和磁化强度。
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