氧化物超导/铁电薄膜外延机制研究与高气压RHEED实时原位探测

来源 :中国科学院物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:datoufangyuan
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氧化物电子学的一个重要材料基础问题就是制备高质量的外延薄膜,因此研究薄膜的生长机制和实现薄膜的可控生长既具有重要的基础研究意义,又是与应用密切相关的课题.该论文主要研究了高温超导YBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>薄膜在斜切SrTiO<,3>基片上的外延生长机制,并对铁电/超导异质结的生长和性质进行了探索.建立了一套高气压反射式高能电子衍射(RHEED)原位观测系统,实现了高氧压下对氧化物薄膜外延生长的实时原位监测.论文第一章简要介绍了铁电/超导异质结薄膜的研究现状和当前存在的问题.在第二章概述了薄膜生长的基本过程以及脉冲激光沉积方法的原理,介绍了RHEED的基础知识.最后对自行研制的高气压RHEED系统进行了说明.第三章研究了YBCO薄膜在斜切SrTiO<,3>基片上的生长机制,讨论了斜切角度、沉积温度和沉积速率对YBCO薄膜取向生长及杂相生长的影响.通过TEM和SEM等手段,研究了斜切角度对YBCO薄膜的微观结构、表面形貌的影响.第四章研究了斜切LaAlO<,3>基片上BSTO/YBCO异质结的生长和性质,其基本介电性能达到了微波可调器件的要求.同时还初步探索了铁电BSTO薄膜在LaAlO<,3>和MgO基片上的生长和室温介电可调性能.第五章利用自行研制的高气压RHEED,研究了高真空退火和氧气氛退火条件下STO表面重构.讨论了同质外延生长STO薄膜时RHEED强度振荡的相位问题.根据RHEED强度振荡周期和振荡幅度衰减,研究了沉积速率、氧压与薄膜生长动力学参数的关系.利用斜切基片,讨论了激光脉冲频率和表面台阶对生长模式的影响,发现降低沉积速率和引入台阶表面,均导致二维层状生长模式转变为step-flow生长模式.论文最后给出详细的总结.
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