掺杂稀土锰氧化物异质结、异质界面与颗粒混合系统的逾渗研究

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本论文涉及了锰氧化物薄膜及与氧化物半导体掺铌钛酸锶异质结的制备和性质研究,特别是氧化物异质界面的研究。异质界面的性能变化是半导体器件具有多姿多彩性质的根本原因。因此,异质界面的性能变化一直是半导体物理和半导体器件物理关心的关键问题。然而,半导体异质界面的研究中始终缺少可以将两侧材料不同贡献区分开的实验方法。近年,制备出的锰氧化物薄膜与氧化物半导体材料掺铌钛酸锶异质结显示了的整流曲线和多种性能变化,而发表的文章均以半导体p-n结和耗尽层能带模型来解释观察到的现象。锰氧化物具有强关联电子特性,能否形成近自由电子近似下扩散得到的载流子耗尽层在物理上是存在疑问的。本论文介绍利用水平电流测量法将锰氧化物薄膜与掺铌钛酸锶异质结两侧材料不同贡献区分开的实验结果。实验清楚显示,掺铌钛酸锶界面存在由耗尽层带来的电压型势垒,而锰氧化物的界面为电阻型势垒。结果表明,认为锰氧化物的强关联电子能形成载流子耗尽层是没有实验依据的。 本论文还包括由锰氧化物与绝缘体材料构成的颗粒混合体系的实验与计算模拟。论文的主要内容包括: ●简要介绍了锰氧化物巨磁电阻材料的主要性质,包括样品晶体结构和电性质。对样品的制备工艺和电性质测量装置进行了描述。最后简单介绍了利用面向对象的C++语言对测量程序进行的库封装。 ●介绍利用PLD方法成功的制备了高品质的外延薄膜,这为进一步掺杂稀土锰氧化物异质界面器件和进一步的物理研究打下了基础。该技术用于双钙钛矿结构SFMO外延薄膜的制备显示了其优越性。 ●利用LCMO与CeO<,2>颗粒混合体系,我们研究了电输运性质随混合系统比例的变化关系并进行了数据的计算机拟合。我们提出了一种新的计算迭代平均方法,可以有效的避免由于绝缘体存在而导致的计算结果发散。实验与计算的结果对比表明,这样的体系电输运性质可以用逾渗来进行近似。 ●实验研究了作为n型氧化物半导体材料的Nb-STO性质。利用Nb-STO与In和LCMO制备了异质结并观察到了整流I-V曲线。研究表明,三端点测量应该是合理的I-V曲线测量方法(而不是现在发表的文章中使用的两端点方法)。 ●在Nb-STO衬底上生长掺杂稀土锰氧化物LCMO薄膜,制备了具有Nb-STO/LCMO异质界面的样品。利用水平加电流,测量了异质界面两侧材料的电势变化。测量结果显示:由LCMO通电流的情况下,Nb-STO一侧显示电势型(半导体耗尽层)界面的特征;由Nb-STO通电流情况下,LCMO一侧显示电阻型界面特性。该结果清楚说明,掺杂稀土锰氧化物与氧化物半导体材料Nb-STO形成异质界面后可以观测到整流曲线,但是作为强关联材料的掺杂稀土锰氧化物,没有形成类似半导体近自由电子近似下扩散得到载流子耗尽层的实验依据。 ●具有Nb-STO/LCMO异质界面样品的水平测量电阻受跨越界面的电流影响。因此水平测量电阻可以由垂直界面的电压来调整。该效应具有一定的应用价值。
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