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复合氧化物超晶格[（BaTiO_3）_m/（SrTiO_3）_m]_n的生长研究

作　者: 魏雄邦
导　师: 姜斌
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 超晶格反射高能电子衍射(RHEED) 外延生长
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本论文以[(BaTiO3)m/(SrTiO3)m]n超晶格为研究对象,研究任务是利用激光分子束外延(LMBE)技术探讨生长表、界面具有原子级平整度的[(BaTiO3)m/(SrTiO3)m]n超晶格的最佳工艺条件。超晶格是材料科学领域新兴发展起来的一种低维材料,由于其独特的性能和诱人的应用前景而受到人们的日益关注。本论文在简要阐述超晶格基本概念后,首先对复合氧化物超晶格在国内外的研究现状、动态以及应用做了陈述。为了对超晶格有比较清楚的认识,在理论基础部分,对超晶格的能态理论和其基本物理性能以及分类做了简单叙述。在实验方案和思路的安排上,我们主要是利用薄膜生长的相关理论知识,结合已报道的其他科研工作者的部分研究成果,联系我们的设备实际情况,通过大量实验寻找出适合[(BaTiO3)m/(SrTiO3)m]n超晶格生长的工艺条件,在此过程中,充分利用反射高能电子衍射(RHEED)技术对薄膜的生长进行实时观测和分析,同时利用原子力显微镜(AFM)技术、高分辨率透射电镜(HRTEM)技术以及X射线衍射(XRD)技术等作为辅助分析技术。通过对影响SrTiO3单层薄膜和BaTiO3单层薄膜外延生长的两个最主要的因素:基片温度和淀积速率的大量实验研究后,发现在基片温度为500℃左右,淀积速率为10?/min左右时,在SrTiO3(100)基片上生长的SrTiO3薄膜和BaTiO3薄膜表面平整、结晶良好。结合上述单层薄膜生长的研究结果,并经过一系列实验,我们摸索出了比较适合[(BaTiO3)m/(SrTiO3)m]n超晶格薄膜生长的工艺条件。利用RHEED技术,研究了[(BaTiO3)m/(SrTiO3)m]n超晶格薄膜的LMBE生长特性。通过观察到清晰明亮的反射高能电子衍射花样及富有周期性的RHEED振荡曲线,说明制备的超晶格呈现良好的结晶层状外延生长,薄膜表面及界面的平整度很好,HRTEM、AFM、XRD的分析进一步证实了该结果。论文还对所制备的超晶格的表面和界面扩散以及其电性能的研究结果进行了简单说明。

全文目录

第一章绪论  8-16
  1.1 引言  8-10
  1.2 国内外复合氧化物超晶格的研究现状及动态  10-11
  1.3 复合氧化物超晶格的应用及其前景  11-14
  1.4 [(BTO)m/(STO)m]n超晶格的研究概况  14-15
  1.5 实验研究目的和任务  15-16
第二章超晶格的理论基础  16-23
  2.1 超晶格的能态理论简述  16-19
  2.2 超晶格的基本物理性能及其分类  19-23
    2.2.1 超晶格的基本物理性能简述  19-20
    2.2.2 超晶格的分类  20-23
第三章实验方案与思路  23-35
  3.1 超晶格薄膜的制备工艺  23-26
    3.1.1 LMBE技术的特点和优势  23-24
    3.1.2 LMBE的原理  24-26
  3.2 本实验常用的薄膜微观分析方法简述  26-29
    3.2.1 RHEED对薄膜的分析原理  26-28
    3.2.2 AFM对薄膜的分析原理  28
    3.2.3 XRD对薄膜的分析原理  28-29
    3.2.4 HRTEM对薄膜的分析原理  29
  3.3 靶材与基片  29-31
    3.3.1 基片的选择与清洗  29-31
    3.3.2 靶材的选择  31
  3.4 实验思路  31-35
第四章实验结果与分析  35-52
  4.1 STO薄膜和BTO薄膜的外延生长研究  35-44
    4.1.1 基片温度对STO薄膜外延生长的影响  36-40
    4.1.2 基片温度对BTO薄膜外延生长的影响  40-42
    4.1.3 淀积速率对STO薄膜和BTO薄膜生长的影响  42-44
  4.2 [(BTO)m/(STO)m]n超晶格的制备  44-52
    4.2.1 实验工艺条件的确定  44-46
    4.2.2 [(BTO)8/(STO)8]55超晶格制备中RHEED的实时观测  46-49
    4.2.3 [(BTO)8/(STO)8]55超晶格的HRTEM图像分析  49-50
    4.2.4 [(BTO)8/(STO)8]55超晶格的AFM图像分析  50
    4.2.5 [(BTO)16/(STO)16]10超晶格的XRD图像分析  50-51
    4.2.6 小结  51-52
第五章 [(BTO)m/(STO)m]n超晶格的性能分析  52-56
  5.1 [(BTO)m/(STO)m]n超晶格的界面扩散研究  52-54
  5.2 [(BTO)m/(STO)m]n超晶格的电性能研究  54-56
结论  56-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
个人简历  63

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