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本论文讨论了宽禁带氧化物半导体ZnO薄膜及钙钛矿结构La1-xSrxC0O3块材的制备和电磁输运性质,用脉冲激光沉积法制备了ZnO薄膜,用固熔法和溶胶凝胶法制备了0.7≤x≤1的La1-xSrxCoO3块材,分析了它们的结构和物理性质。主要内容包括:
1.简要介绍了宽禁带半导体ZnO薄膜的基本性质。包括薄膜的生长,ZnO的物理性质,薄膜的制备工艺,分析了脉冲激光沉积法制备薄膜的优缺点,提出了本实验工作的出发点,即在氢氩混和气氛下用脉冲激光沉积法生长ZnO薄膜。
2.改变ZnO的制备条件,包括激光能量、衬底温度和气氛压强,在不同取向蓝宝石衬底上制备了ZnO薄膜,通过X射线衍射仪,原子力显微镜,电阻率—温度曲线,室温透过率等测量手段综合分析,得出了ZnO薄膜的最佳生长条件,并对此最佳条件作了分析。
3.霍尔系数的测量表明所有的ZnO薄膜均为n型半导体,分析了其原因,解释了载流子浓度与制备条件的关系,提出了在氮气下生长后经过氧气热处理可能得到p型ZnO薄膜,并按此思路制备了薄膜,霍尔系数测量表明不是p型半导体,解释了其原因。
4.用脉冲激光沉积法生长了Co(6%)-ZnO、Mn(6%)-ZnO、Fe(6%)-ZnO薄膜,测量了电阻率—温度曲线,霍尔系数,发现与ZnO薄膜基本一样;通过测量磁化强度—温度曲线,发现Co-ZnO具有室温铁磁性,300K下的磁滞回线测量表明其矫顽力小于50Oe。在此基础上分析了室温铁磁的可能原因。
5.在LaAlO3衬底上生长了ZnO薄膜,X射线衍射表明在表面为立方格子的钙钛矿结构衬底上生长的ZnO仍然具有择优取向;电阻率—温度曲线和霍尔系数表明与在蓝宝石衬底上生长的ZnO结果基本相同,说明ZnO的传输性质与晶相并无直接联系;在此制备条件下,ZnO薄膜的晶粒间界对于样品电阻率并无很大影响。
6.制备了p-GaN/n-ZnO异质结,室温电流—电压曲线表明加正向电压时,电流指数增大,而较小的负向偏压对应截止电流,更大负向偏压使电流急剧增大,这类似于传统半导体p-n结中观察到的整流性质,用异质结的势垒模型解释了其原因;制备了p-CdTe/n-ZnO异质结,发现其室温电流—电压曲线随光照的不同而变化。
7.介绍了钙钛矿结构化合物La1-xSrxCoO3的物理性质,包括绝缘体—金属转变、反铁磁-自旋玻璃态-铁磁转变,论述了钴离子的三种自旋态(低自旋、中自旋、高自旋)与La1-xSrxCoO3磁性的关系。阐述了钴氧化物与钙钛矿锰氧化物的异同,说明了双交换作用是主要的导电机制。8.制备了x=0.7,0.8,0.9,1的La1-xSrxCoO3多晶样品,用X射线衍射仪系统分析了结构及晶格常数的变化,测量了样品的电阻率—温度曲线,发现在x=0.8时发生金属—绝缘体转变;磁化强度—温度曲线说明居里转变温度依次降低;磁滞回线测量说明同一磁场下的磁场强度数量级的减少。
9.利用La0.3Sr0.7CoO3在不同温度下氢气氛中脱氧后样品的X射线衍射、电阻率—温度曲线及磁化强度—温度曲线等数据,讨论了样品的结构和电磁性质与氧含量的关系。