（La-,1-x-Ca-,x-）MnO-,3-外延膜的應(yīng)力與厚度效應(yīng)研究.pdf

1、自從二十世紀(jì)九十年代在鈣鈦礦錳氧化物薄膜中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)以來(lái)，由于它們表現(xiàn)出來(lái)的低場(chǎng)磁阻效應(yīng)以及高自旋極化率等特點(diǎn)，在高密度存儲(chǔ)器件、磁隨機(jī)存儲(chǔ)和傳感器以及自旋極化的全氧化物器件等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，因此受到人們廣泛的關(guān)注。同時(shí)，由于在鈣鈦礦錳氧化物中通常存在多種序(晶格、自旋、軌道等)之間激烈的競(jìng)爭(zhēng)和共存，使其表現(xiàn)出來(lái)電荷有序、軌道有序以及相分離等非常豐富的物理內(nèi)容，這些復(fù)雜的現(xiàn)象大大激發(fā)了物理研究人員的研究興趣，已成為凝聚態(tài)物

2、理的研究熱點(diǎn)之一。因此，對(duì)巨磁阻薄膜的研究和探討，不僅對(duì)錳氧化物的自旋電子學(xué)基礎(chǔ)物理研究具有重要意義，而且對(duì)于相關(guān)器件，特別是對(duì)全氧化物或者氧化物.金屬器件的研制具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 在本論文中，我們通過(guò)對(duì)鈣鈦礦錳氧化物外延膜的制備條件、應(yīng)力以及厚度效應(yīng)的研究，探索了錳氧化物外延膜的應(yīng)力厚度效應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)、磁性和輸運(yùn)性質(zhì)的影響，特別對(duì)晶格失配、角度畸變和角度失配和錳氧化物外延膜物理性能之間的關(guān)系做了深入的分析和討論。部分研究成

3、果已在國(guó)際科技期刊上發(fā)表。 本論文總共分六章。 第一章主要介紹了鈣鈦礦錳氧化物典型的物理性質(zhì)和外延膜的應(yīng)力厚度效應(yīng)的研究進(jìn)展。首先簡(jiǎn)要回顧了錳氧化物集中典型的性質(zhì)，如晶體結(jié)構(gòu)，晶場(chǎng)劈裂，有序相，相分離現(xiàn)象等。然后討論了錳氧化物薄膜的應(yīng)力厚度效應(yīng)，包括面內(nèi)晶格失配導(dǎo)致的晶格應(yīng)變對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、輸運(yùn)行為、磁性能等的影響，厚度效應(yīng)對(duì)晶胞參數(shù)、物理性質(zhì)的影響。最后簡(jiǎn)要介紹了幾種常見(jiàn)的應(yīng)力厚度效應(yīng)模型。 第二章主要介紹了本文實(shí)

4、驗(yàn)需要用到的薄膜制備方法和樣品測(cè)試方法。主要介紹了脈沖激光沉積鍍膜的原理和方法，并對(duì)X射線(xiàn)衍射倒易空間圖技術(shù)做了詳細(xì)的介紹。 第三章主要討論原位制備氧壓與巨磁阻錳氧化物L(fēng)a1-xCaxMnO3(LCMO)外延膜的微結(jié)構(gòu)及電磁性能之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)證明超薄薄膜的結(jié)構(gòu)和電阻/磁轉(zhuǎn)變主要依賴(lài)于原位沉積氧壓；而對(duì)于較厚的薄膜，其結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)既受原位氧壓控制也受后處理過(guò)程影響。并且發(fā)現(xiàn)，當(dāng)薄膜制備氧壓低于一定值(～25Pa)時(shí)，其對(duì)LCM

5、O薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響很大，經(jīng)過(guò)后退火處理，即使較厚的薄膜其結(jié)構(gòu)和性能也很難達(dá)到塊材的水平。而制備氧壓高于該值時(shí)，經(jīng)過(guò)后退火處理，較厚的薄膜結(jié)構(gòu)和性能可以達(dá)到塊材的水平。因此，為了制備高質(zhì)量的巨磁阻外延膜，必須采用較高的制備氧壓。 第四章研究了晶格失配應(yīng)變對(duì)La0.7Ca0.3MnO3外延膜的結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)證明薄膜的應(yīng)變狀態(tài)直接影響薄膜的輸運(yùn)行為。對(duì)于無(wú)失配的LCMO/LSAT樣品，其性能只與厚度有關(guān)：而對(duì)較大晶格失

6、配的樣品LCMO/STO，隨著薄膜厚度的增加，在一定厚度薄膜開(kāi)始發(fā)生弛豫，同時(shí)伴隨樣品轉(zhuǎn)變溫度的升高，特別是在一定的厚度范圍內(nèi)，LCMO薄膜的部分弛豫在微結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性能上可以清楚地的對(duì)應(yīng)。當(dāng)薄膜完全弛豫后，薄膜的轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)構(gòu)則完全恢復(fù)到塊材的情形。因此，制備高質(zhì)量的巨磁阻薄膜，必須考慮晶格失配的大小。 第五章研究正交結(jié)構(gòu)的La0.67Ca0.33MNO3(LCMO)/NdGaO3(NGO)(110)中薄膜生長(zhǎng)面外的角度畸變對(duì)薄

7、膜的結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)的影響。由于NGO(LCMO)具有正交對(duì)稱(chēng)性，用贗立方表示晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，其贗立方夾角為89.265°(89.864°)，這個(gè)角處于正交結(jié)構(gòu)的(001)面內(nèi)。LCMO和NGO長(zhǎng)度失配很小(＜0.05％)，而角度失配約為0.64％，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)LCMO生長(zhǎng)在NGO(110)襯底上時(shí)，低于30nm時(shí)，薄膜仍受襯底的剪切應(yīng)變作用，它使樣品的Tp迅速降低；高于30nm時(shí)，LCMO薄膜開(kāi)始發(fā)生弛豫，且其處于生長(zhǎng)面外的贗立方夾角隨著薄

8、膜厚度在變化，樣品的Tp逐漸接近塊材LCMO?？梢?jiàn)，雖然長(zhǎng)度失配很小，但是較大角度失配對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響也很大。 第六章研究了面內(nèi)角度失配對(duì)La0.67Ca0.33MNO3(LCMO)外延膜的電磁性能和結(jié)構(gòu)的影響。選用NdGaO3(001)襯底，其與LCMO的角度失配在面內(nèi)。結(jié)果表明，基態(tài)為鐵磁金屬態(tài)的LCMO薄膜生長(zhǎng)在NGO(001)襯底上，經(jīng)過(guò)氧氣退火后，薄膜出現(xiàn)了類(lèi)似電荷有序的輸運(yùn)行為，而且在很寬的溫度范圍內(nèi)都具有非