三氧化二铁外延薄膜的制备及贯穿位错表征

氧化物薄膜中贯穿位错的类型和密度对其物理与化学性质具有重要影响。本文利用脉冲激光沉积技术在Al_(2)O_(3)(0001)和SrTiO_(3)(111)衬底上分别生长了α⁃Fe_(2)O_(3)外延薄膜,并利用X射线衍射、原子力显微镜和透射电子显微术对不同温度下生长的薄膜其相结构、结晶度、表面形态和位错类型等进行了系统的表征。结果表明:生长温度对Al_(2)O_(3)衬底上薄膜的质量影响很小,而对SrTiO_(3)衬底上薄膜的质量影响显著,Al_(2)O_(3)衬底上薄膜的结晶度和表面平整度普遍优于SrTiO_(3)衬底上的薄膜;Al_(2)O_(3)衬底上薄膜中的贯穿位错为1/3<1100>刃型不全位错,而SrTiO_(3)衬底上薄膜中的贯穿位错不仅包含1/3<1100>刃型不全位错,还有1/3<1101>混合型全位错。

TiO_(2)薄膜的相结构调控与表征

本文利用脉冲激光沉积技术在LaAlO;(001)衬底上生长了单晶锐钛矿和双相TiO_(2)薄膜,并利用X射线衍射和透射电子显微术对薄膜的显微结构进行了系统表征。单晶锐钛矿薄膜在LaAlO;(001)衬底上实现了外延生长,双相TiO_(2)薄膜以单晶锐钛矿TiO_(2)为基体,在其中夹杂着金红石TiO_(2)颗粒。TiO_(2)薄膜的相结构可通过调整靶材与衬底的间距来调控,远靶基距(150 mm)利于单晶锐钛矿薄膜生长,近靶基距(50 mm)易获得双相TiO_(2)薄膜。锐钛矿TiO_(2)电镜样品在离子减薄过程中易发生表面还原,导致电镜观察中出现莫尔条纹。研究表明30%H_(2)O_(2)浸泡可有效去除离子减薄样品表面的损伤层,防止莫尔条纹的出现。

两种衬底上Cr_(2)O_(3)薄膜的制备与显微结构表征

本文利用脉冲激光沉积(PLD)技术分别在MgO(100)和Al_(2)O_(3)(0001)两种衬底上制备了Cr_(2)O_(3)薄膜,并借助X射线衍射仪和透射电子显微镜对两种薄膜的显微结构进行了表征。研究结果表明:由于MgO与Cr_(2)O_(3)的晶体结构不同,界面存在较大的晶格失配,MgO(100)衬底上制备的薄膜为低质量的Cr_(2)O_(3)多晶薄膜。薄膜致密度低,孔隙多,晶粒排列呈现纵横交织(90°取向差)的特征。由于Al_(2)O_(3)与Cr_(2)O_(3)具有相同的晶体结构,界面失配小,Al_(2)O_(3)(0001)衬底上的薄膜为高质量的Cr_(2)O_(3)单晶外延薄膜。薄膜均匀致密,外延性好,界面平整明锐,薄膜中形成了大量的贯穿位错线。

Fe_(3)O_(4)外延薄膜的制备与显微结构表征

本文利用脉冲激光沉积(PLD)技术制备了Fe_(3)O_(4){001}和{111}两种薄膜。Fe_(3)O_(4){001}薄膜是在SrTiO_(3){001}基片上通过PLD沉积直接生长的(直接生长法),而Fe_(3)O_(4){111}薄膜是通过在SrTiO_(3){111}基片上PLD沉积Fe_(2)O_(3){0001}薄膜后,再通过高温还原反应而获得(还原法)。XRD和XPS的研究结果表明Fe_(3)O_(4){001}和{111}薄膜均为高纯度的单晶薄膜。透射电镜显微结构表征的结果表明,由还原法制备的Fe_(3)O_(4){111}薄膜具有较高的质量,其反相畴界密度比直接生长法制备的Fe_(3)O_(4){001}薄膜降低,主要为夹角是60°或120°的{110}型反相畴界。磁光克尔效应测试的结果表明,还原法制备的Fe_(3)O_(4){111}薄膜具有较小的矫顽力(530 Oe)和较大的饱和磁化强度。

LaTiO_(3)外延薄膜的显微结构与电学性能研究

本文利用脉冲激光沉积技术在LaAlO_(3)(100)和SrTiO_(3)(100)衬底上生长了LaTiO_(3)薄膜,利用高分辨X射线衍射和透射电子显微术对薄膜的显微结构进行了系统表征,利用霍尔效应测量系统对薄膜的电学性能进行了研究。XRD结果表明在两种衬底上生长的LaTiO_(3)薄膜均为单晶薄膜,SrTiO_(3)衬底上的薄膜具有更高的结晶度。透射电镜显微结构表征的结果显示,LaTiO_(3)薄膜在两种衬底上均实现了外延生长,SrTiO_(3)衬底上的薄膜具有更少的晶格缺陷,薄膜与衬底之间的界面也更平直和明锐。薄膜I⁃V曲线测量的结果表明SrTiO_(3)衬底上的LaTiO_(3)薄膜具有更低的电阻率。两种薄膜显微结构和电学性能的优劣主要源自于薄膜与衬底之间的晶格失配大小,更小的界面失配有利于高质量薄膜的外延生长。