功能薄膜的電子顯微學研究及應用.pdf

1、本論文綜合利用衍襯像(DCI)、選區(qū)電子衍射(SAED)、高分辨像(HREM)、電子能量損失譜(EELS)、X射線能量色散譜(EDS)及掃描電子顯微鏡(SEM)等顯微分析方法對功能薄膜La0．9Sr0．1MnO3(LSMO)和Ge2Sb2Te5以及相關器件進行了系統(tǒng)的研究。通過微觀結構解釋其宏觀物理性能，發(fā)展新應用。主要工作根據(jù)所研究的材料不同分為兩大部分，具體結論如下： 第一部分：La0．1Sr0．9MnO3/Si p-n結退

2、火效應的研究。 1．利用磁控濺射方法在不同退火溫度下制備了具有優(yōu)良整流特性的LSMO/Sip-n結。通過TEM和SAED方法對其退火前后微觀結構進行了表征。解釋了磁控濺射生長LSMO薄膜的退火機制，描述了退火溫度對于LSMO/Si異質(zhì)結界面的重要影響。發(fā)現(xiàn)在退火過程中非晶LSMO薄膜發(fā)生多晶化，LSMO/Si界面處出現(xiàn)雙層過渡結構，且雙層結構的厚度隨退火溫度的不同有規(guī)律的發(fā)生變化。通過對EELS譜的研究，發(fā)現(xiàn)退火過程使錳元素平均

3、價態(tài)在垂直于界面方向上發(fā)生變化。 2．發(fā)展了LSMO/Si p-n結電學方程用以描述異質(zhì)結構電壓電流特性，證明了在給定電壓下Id3(I為電流，d對應于非晶SiOx層的厚度)為常數(shù)的關系。對比實驗，證明了磁控濺射原位退火方法引入的(LSMO)y(SiOx)1-y層在此p-n結中僅起到p型半導體的作用，沿垂直薄膜方向的Mn3+與Mn4+離子分布不均衡對p-n結的整流特性沒有重要影響，整流特征的主要貢獻來自于中間層SiOx。提高p-n

4、結的整流特征可以通過調(diào)節(jié)退火溫度以調(diào)節(jié)SiOx層厚度實現(xiàn)。 第二部分：Ge2Sb2Tes薄膜的電子顯微學研究及應用。 3．利用TEM對Ge2Sb2Te5相變薄膜的晶化行為進行了詳細研究，研究了不同條件如電子束能量、束流密度和輻照時間等條件下電子束對Ge2Sb2Te5結晶的影響，確定了點晶化最佳電子束輻照強度以及晶化時間，利用對透射電鏡掃描附件進行編程實現(xiàn)電子束移動及持續(xù)時間的的可控，并利用可控聚焦電子束在非晶GST薄膜上

5、成功制備了高密度晶化點陣，信息存儲密度高達0．8Tbit/in2。 4．利用Ge2Sb2Te5薄膜晶化后電阻率大幅度降低這一特點，在掃描電鏡中設計了一種全新的微電極制備方法。通過實驗證明了在掃描電子顯微鏡下，通過輔助加熱，可以利用低能電子束對Ge2Sb2Te5相變材料薄膜進行晶化，晶化后狀態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)的fcc結構，為進一步實現(xiàn)微電極的制備提供了依據(jù)，為原位微觀電學測量開辟了一條新的道路。 5．制備了具有中空底電極結構的相變