紫外脉冲激光沉积技术制备La1-xCaxMnO3:Ag0.2薄膜及电、磁性能研究

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La1-xCaxMnO3:Ag0.2作为一种强关联氧化物具有多种特殊的物理性能,其具备的巨磁阻效应、金属-绝缘体转变行为在光电快速器件、辐射热测量仪、高密度磁存储磁头、制冷器以及红外探测仪,具有非常大的研究与应用价值。本文首先采用溶胶-凝胶法制备La1-xCaxMnO3:Ag0.2(x=0.28,0.285,0.30,0.33)多晶陶瓷样品,探究Ca含量的不同对于多晶陶瓷性能的影响。根据之前的研究结果,Ag的加入可以显著提升多晶陶瓷的电学性能。之后选用具有优良性能的陶瓷样品作为制备薄膜材料的靶材,采用紫外脉冲激光沉积技术(PLD)制备薄膜材料,本论文通过调整激光能量,生长温度,生长氧压,退火温度,退火氧压,衬底材料,激光频率等的镀膜工艺参数,来研究镀膜工艺对于钙钛矿薄膜电、磁性能的影响。本论文采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对薄膜样品的物相结构以及表面相貌进行测试分析。本论文采用四探针测试设备(R-T)、超导量子干涉仪(SQUID)对薄膜样品电、磁性进行测试分析。对测试结果分析显示,Ca掺杂量的改变对于多晶样品的性能会产生显著的影响,随着Ca含量的增加,样品的Tp值升高,电阻率下降,TCR降低。通过对样品ρ-T曲线分析得出,Ca含量的改变主要是促使Mn4+/Mn3+之间的比例发生变化,同时对于A位平均离子半径也会产生影响,进而影响样品的电输运性能。通过改变镀膜工艺参数制备薄膜材料,其测试结果显示,由XRD图谱看出薄膜样品均沿c轴择优取向生长,改变镀膜工艺对薄膜结晶质量会产生明显的影响,应力的存在会使得衍射峰出现一定角度的偏移。通过对薄膜的截面SEM测试图像能看出,不同的激光能量制备的薄膜材料具有明显的厚度差异,能量的变化对羽辉粒子沉积及迁移、扩散都会产生影响。薄膜样品的AFM测试图像显示,薄膜都呈现三维岛状生长,但是镀膜工艺参数变化到一定程度,薄膜也会出现岛状生长趋向于层状生长的现象。R-T测试显示,薄膜随着温度的变化均表现出金属-绝缘体转变行为,且工艺参数变化过程中,薄膜样品会表现出电阻率和Tp的变化,这里主要是因为Mn4+-O-Mn3+双交换作用受到影响。M-T测试结果显示,薄膜样品均表现出铁磁性-顺磁性的转变,由于镀膜工艺参数的改变薄膜的饱和磁化率及居里温度(Tc)呈现出不同程度的变化,这是因为薄膜的磁自旋在薄膜制备过程中会受到影响。通过对比各组薄膜性能,激光能量为300 mJ,生长氧压为100 Pa,生长温度为790℃,退火氧压105 Pa,退火温度为900℃,激光频率为5 Hz下制备的薄膜材料电、磁性能较好,可作为后期制备钙钛矿薄膜材料的参考工艺参数。
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