SrTiO3斜切基片上外延生长YBa2Cu3O7—δ薄膜的扫描探针显微镜研究

采用激光脉冲沉积法在钛酸锶SrTiO3（001）斜切基片上外延生长YBa2Cu3O7-δ薄膜，在大气环境下采用扫描探针显微镜对YBa2Cu3O7-δ薄膜的表面纳米形貌进行直接观察。发现YBa2Cu3O7-δ薄膜具有相对光滑的表面形貌，薄膜表面由沿SrTiO3台阶趋向外延生长的纳米台阶组成，薄膜生长模式主要以台阶媒体生长为主。     

斜切基片上c-取向YBa_2Cu_3O_(7-δ)薄膜的生长特性及开裂行为

用脉冲激光沉积方法在斜切SrTiO3 (0 0 1)基片上制备了YBa2 Cu3 O7 δ薄膜 ,并用原子力显微镜、X射线衍射仪及透射电镜研究了薄膜表面形貌、取向特征、结晶性和显微结构。结果表明 ,薄膜表面呈“台阶 台面”结构 ,并伴有与台阶边缘垂直的裂纹产生 ,说明薄膜以“台阶流动”方式生长 ;而且薄膜具有c 轴取向 ,但其结晶性不好。在薄膜中没有观察到a b孪晶的存在。薄膜的开裂和结晶性较差均是由于斜切基片台阶表面晶格四方畸变抑制了薄膜正交转变时a b孪晶的产生 ,而使晶格错配应变不能释放造成的。     

斜切基片上c—取向YBa2Cu3O7—δ薄膜的生长特性及开裂行为

用脉冲激光沉积方法在斜切SrTiO3(001)基片上制备了YBa2Cu3O7-δ薄膜,并用原子力显微镜、X射线衍射仪及透射电镜研究了薄膜表面形貌、取向特征、结晶性和显微结构。结果表明,薄膜表面呈“台阶－台面”结构,并伴有与台阶边缘垂直的裂纹产生,说明薄膜以“台阶流动”方式生长;而且薄膜具有c-轴取向,但其结晶性不好。在薄膜中没有观察到a-b孪晶的存在。薄膜的开裂和结晶性较差均是由于斜切基片台阶表面晶格四方畸变抑制了薄膜正交转变时a-b孪晶的产生,而使晶格错配应变不能释放造成的。     

a轴取向YBa2Cu3O7-x薄膜的制备及其Raman光谱研究

采用直流磁控溅射法在SrTiO3(100)衬底上制备a轴取向的YBa2Cu3O7-x薄膜,用四引线法测量R-T曲线Tc0=86K.对于YBa2Cu3O7-x薄膜进行喇曼光谱测量,发现0(4)振动的声子峰(～500cm-1)强度远远大于0(2)-0(3)反相振动的声子峰(～340cm-1)强度,应用群论分析证明薄膜主要是沿a轴生长的.在较低的衬底温度下(<780℃),YBa2Cu3O7-x薄膜沿a轴生长,随着衬底温度的升高,薄膜中沿c轴生长的组分逐渐增加.     

脉冲激光蒸发熔融织构靶制备的YBa2Cu3O7-δ超导薄膜

用脉冲激光蒸发熔融织构靶材在SrTiO3(001)单晶基片上制备了YBa2Cu3O7-δ超导薄膜。用X射线衍射仪、透射电镜和原子力显微镜分别对薄膜的微观结构和表面形貌进行了分析。结果表明，薄膜呈c轴取向，薄膜中有一定数量的颗粒状Y2O3杂相，且具有择优取向，而靶材中所含的Y2BaCuO8相却没有在薄膜中形成。沉积温度升高，有利于[001]取向，但不利于[111]取向的Y2O3形成。与传统的粉末烧结靶相比，用熔融织构靶制备YBa2Cu3O7-δ薄膜可以明显抑制薄膜表面颗粒的形成。     

斜切基片上c-取向YBa2Cu3O7-δ薄膜的生长特性及开裂行为

用脉冲激光沉积方法在斜切SrTiO3(001)基片上制备了YBa2Cu3O7-δ薄膜,并用原子力显微镜、X射线衍射仪及透射电镜研究了薄膜表面形貌、取向特征、结晶性和显微结构.结果表明,薄膜表面呈"台阶-台面"结构,并伴有与台阶边缘垂直的裂纹产生,说明薄膜以"台阶流动"方式生长;而且薄膜具有c-轴取向,但其结晶性不好.在薄膜中没有观察到a-b孪晶的存在.薄膜的开裂和结晶性较差均是由于斜切基片台阶表面晶格四方畸变抑制了薄膜正交转变时a-b孪晶的产生,而使晶格错配应变不能释放造成的.     

High resolution electron microscopy study of ferromagnet （La0.7 Ca0.3 MnO3 ）/superconductor （YBa2 Cu3 07 ） bi-layer

采用脉冲激光沉积法在LaAlO3（LAO）衬底上生长了YBa2Cu3O7/La0.7Ca0.3MnO3（YBCO/LC-MO）和La0.7Ca0.3MnO3/YBa2Cu3O7（LCMO/YBCO）两种外延薄膜,利用高分辨电子显微镜研究了其微观结构。在YBCO/LCMO/LAO薄膜中,LCMO以层-岛模式生长,并形成层状取向畴结构。YBCO层均由c轴取向晶粒组成,其中含有c/3平移畴界、额外CuO层及Y2O3第二相等缺陷结构。在LCMO/YBCO/LAO薄膜中,LAO衬底上初始生长的YBCO为c轴取向,至一定厚度（几个纳米）转为c与a轴混合生长。LCMO层在YBCO上外延生长并具有[100]m与[011]m混合取向畴结构。在LCMO/YBCO界面未观察到失配位错,因此二者界面属应变型界面。     

铁磁(La0.7Ca0.3MnO3)/高温超导（YBa2Cu3O7）双层薄膜微结构的高分辨电镜研究

采用脉冲激光沉积法在LaAlO3(LAO)衬底上生长了YBa2Cu3O7/La0.7Ca0.3MnO3(YBCO/LC-MO)和La0.7Ca0.3MnO3/YBa2Cu3O7(LCMO/YBCO)两种外延薄膜,利用高分辨电子显微镜研究了其微观结构。在YBCO/LCMO/LAO薄膜中,LCMO以层-岛模式生长,并形成层状取向畴结构。YBCO层均由c轴取向晶粒组成,其中含有c/3平移畴界、额外CuO层及Y2O3第二相等缺陷结构。在LCMO/YBCO/LAO薄膜中,LAO衬底上初始生长的YBCO为c轴取向,至一定厚度(几个纳米)转为c与a轴混合生长。LCMO层在YBCO上外延生长并具有[100]m与[011]m混合取向畴结构。在LCMO/YBCO界面未观察到失配位错,因此二者界面属应变型界面。     

BaTiO3/CoFe2O4/BaTiO3复合磁电薄膜生长及应力研究

用激光分子束外延（LMBE）设备,在SrTiO3（001）基片上外延生长BaTiO3/CoFe2O4/BaTiO3多层复合磁电薄膜结构。通过反射式高能电子衍射（RHEED）对薄膜生长过程进行原位监测,结果显示,随着CoFe2O4厚度的增加薄膜内应力逐渐被释放,并且应力释放的过程导致了薄膜生长模式的变化。高分辨X射线衍射（XRD）发现,随着CoFe2O4厚度的增加,CoFe2O4对BaTiO3薄膜的张应力逐渐增大,BaTiO3晶胞的c轴晶格常数逐渐变小。理论计算给出了BaTiO3面外晶格常数c随CoFe2O4沉积时间的变化规律。原子力显微镜（AFM）对表面形貌进行表征,进一步证明了复合薄膜生长模式的变化。     

生长温度对PLD原位生长SrTiO3薄膜结构与非线性介电性能的影响

采用脉冲激光沉积法 ( PLD ) 制备的Y1B2Cu3O7-x薄膜作为叉指底电极,然后生长 SrTiO3介质薄膜,形成叉指型压控电容结构。通过对 SrTiO3薄膜的原位生长温度与薄膜微观结构及非线性介电性能之间的关系研究,发现随生长温度的升高薄膜晶粒逐步增大然后变小,薄膜的介电常数可调率和本征介电损耗随晶粒大小的增大而增加,而非本征损耗则随晶粒取向的增加而减小。     

微波熔盐法合成片状晶体SrTiO3

采用在熔盐法中引入微波场的人工晶体生长新技术，在低温下成功地合成出了片状晶体SrTiO3。首先在助熔剂NaCl-KCl中合成片状前驱体Sr3Ti2O7，然后在片状晶体Sr3Ti2O7上外延生长制备出片状晶体SrTiO3，采用XRD和SEM分析产物的结构。结果表明，利用微波熔盐法在750℃保温3h得到了尺寸为10μm的片状Sr3Ti2O7，将前驱体Sr3Ti2O7和TiO2在微波场中于700℃保温2h得到了10～20μm的片状晶体SrTiO3。和常规熔盐法相比，微波熔盐法降低了SrTiO3的合成温度，节省了晶化时间，大幅度地降低了能耗。     

3D ES势垒对Cu(111)和Cu(OO1)晶面同质外延生长的影响

三维3D ES势垒直接影响着层间扩散,在Cu(111)和Cu(100)面2D ES势垒和3D ES势垒是不同的.本文主要研究了基于(1+1)维KMC模型,在这两个特殊的晶面上Cu薄膜的同质外延生长.观察两个面的生长情况,发现随着温度的增加薄膜的粗糙度逐渐减小,由于Cu(111)表面2D ES势垒较小,所以Cu(111)面粗糙度的下降的速度比Cu(100)要快,Cu(111)表面更有利于薄膜的生长.对于纳米棒的应用,在生长时间较短时两个面的生长速率逐渐减小,但是Cu(100)面的生长速度比Cu(111)面更快,随着生长时间的增加,这两个面会出现多层台阶,Cu(111)面的生长速度会逐渐增加,最终会超过了Cu(100)面.多层台阶出现后对两个面的影响是不同的.由于Cu(111)表面3D ES势垒较大,在Cu(111)表面会形成较多的多层台阶,Cu(111)面上多层台阶数有利于纳米棒的生长,然而在Cu(100)表面3D ES势垒较小,Cu(100)表面很难形成多层台阶,所以Cu(100)面上纳米棒的生长速度并没有增加.正是因为3D ES势垒的存在才会导致多层台阶的出现,较大的3D ES势垒有利于纳米棒的生长.     

3D ES势垒对Cu(111)和Cu(001)晶面同质外延生长的影响（英文）

三维3D ES势垒直接影响着层间扩散,在Cu(111)和Cu(100)面2D ES势垒和3D ES势垒是不同的。本文主要研究了基于(1+1)维KMC模型,在这两个特殊的晶面上Cu薄膜的同质外延生长。观察两个面的生长情况,发现随着温度的增加薄膜的粗糙度逐渐减小,由于Cu(111)表面2D ES势垒较小,所以Cu(111)面粗糙度的下降的速度比Cu(100)要快,Cu(111)表面更有利于薄膜的生长。对于纳米棒的应用,在生长时间较短时两个面的生长速率逐渐减小,但是Cu(100)面的生长速度比Cu(111)面更快,随着生长时间的增加,这两个面会出现多层台阶,Cu(111)面的生长速度会逐渐增加,最终会超过了Cu(100)面。多层台阶出现后对两个面的影响是不同的。由于Cu(111)表面3D ES势垒较大,在Cu(111)表面会形成较多的多层台阶,Cu(111)面上多层台阶数有利于纳米棒的生长,然而在Cu(100)表面3D ES势垒较小,Cu(100)表面很难形成多层台阶,所以Cu(100)面上纳米棒的生长速度并没有增加。正是因为3D ES势垒的存在才会导致多层台阶的出现,较大的3D ES势垒有利于纳米棒的生长。     

YBCO超导薄膜进氧脱氧过程的原位X射线衍射研究

用原位X射线衍射法研究了磁控溅射c取向YBa2 Cu3 O6+x/SrTiO3 (YBCO/STO)优质超导外延膜在 3 2 5℃氧气中的进氧过程和氮气中的脱氧过程。研究表明 ,薄膜的进氧和脱氧过程快慢相当 ,进脱氧过程都由氧扩散控制。     

LaAlO3/BaTiO3/SrTiO3三色超晶格的RHEED原位监测

采用激光脉冲分子束外延技术，在（100）取向的STO单晶基片上成功外延生长了LaAlO3／BaTiO3／SrTiO3超晶格。在超晶格薄膜生长过程中采用反射高能电子衍射（RHEED）对LaAlO3／BaTiO3／SrTiO3超晶格的生长过程进行了分析。通过对超晶格中各层RHEED图像分析，发现由于各层面内晶格失配的不同，超晶格各层生长特性有所区别。借助原子力显微镜（AFM）对超晶格表面形貌进行了表征，表明制备的超晶格具有原子级平整的表面。     

超导PbO/YBa2Cu3O7-δ复合氧化物摩擦磨损性能

为适应从低温到高温宽温范围的使用条件,用溶胶-凝胶法制备了YBa2Cu3O7-δ超导材料,用摩擦磨损试验机测试了YBa2Cu3O7-δ从室温至液氮温度的摩擦学性能.结果表明:室温20℃下,YBa2Cu3O7-δ与对偶件不锈钢盘对摩时,摩擦因数在0.5左右,当温度降到超导转变温度以下时(液氮温度-196℃)摩擦因数大幅度降低,YBa2Cu3O7-δ超导态摩擦因数是正常态值的一半,实验直接证明了电子激励对摩擦能量耗散的作用.为改善室温下YBa2Cu3O7-δ摩擦学性能,掺杂不同质量分数PbO作为润滑组元,制备了PbO/YBa2Cu3O7-δ超导固体润滑复合材料,取得良好效果.PbO掺杂不影响PbO/YBa2Cu3O7-δ复合材料的超导电性,在正常的载荷和滑行速度下15%PbO/YBa2Cu3O7-δ复合材料摩擦因数为0.2至0.3,磨损率为4.35×10-4mm3·(N·m)-1,分析了PbO/YBa2Cu3O7-δ复合材料减摩耐磨机制.     

熔盐法制备α-Fe2O3一维纳米针状材料

采用自制的大面积四靶溅射设备,并结合基片的调速双轴旋转,成功研制出3英寸双面CeO2薄膜及YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜.通过对所制备薄膜的微观结构、表面形貌以及电性能的分析测试,得到的CeO2薄膜与YBCO薄膜具有良好的c轴外延取向,CeO2薄膜的(002)峰与YBCO薄膜的(005)峰FWHM均小于1°.薄膜厚度均匀性良好,厚度起伏在±5%以内.YBCO薄膜Tc分布在88.5～90K,△TC＜1K,Jc＞1×106A/cm2,Rs(10GHz,77K)两面分别为0.53mΩ和0.56mΩ,能较好地满足微波器件研制中的需要.     

SrTiO3衬底上溅射法外延生长PLZT薄膜

用射频磁控溅射法在SrTiO3衬底上外延生长PLZT薄膜,研究了不同的溅射工艺对薄膜生长速率的影响,探讨了不同的后期热处理条件与薄膜取向度的关系.在SrTiO3衬底上成功制备出外延生长的、厚度达1.5μm的PLZT薄膜.     

钙钛矿型氧化物SrTiO3/BaTiO3多层膜的激光分子束外延生长研究

用激光分子束外延技术在SrTiO3(001)衬底上外延生长SrTiO3/BaTiO3多层膜,通过反射式高能电子衍射(RHEED)原位实时监测并结合原子力显微镜(AFM),研究了不同基片温度下所生长薄膜的表面平整度,利用X射线衍射(XRD)对外延薄膜进行了结构分析,结果表明薄膜具有二维生长模式,在基片温度为380～470℃之间生长的薄膜具有原子级光滑,并且具有完全C轴取向.同时运用X射线光电子能谱(XPS)研究了薄膜界面的互扩散,结果表明降低制备薄膜时的基片温度有利于减少互扩散.     

LaAlO3/BaTiO3超晶格薄膜的生长及结构分析

采用激光脉冲分子束外延技术,在(100)取向的SrTiO3 单晶基片上成功外延生长了LaAlO3/Ba TiO3 超晶格薄膜。在超晶格薄膜生长过程中,采用高能电子衍射技术(RHEED)对LaAlO3/BaTiO3 超晶格薄膜的生长过程以及平面晶格变化进行了分析。通过对超晶格薄膜中各层RHEED衍射条纹的分析计算发现超晶格薄膜存在一个临界厚度,其值约为 17nm,当超晶格薄膜的厚度小于该临界厚度时,晶格畸变在逐渐增加,当厚度超过该临界厚度时,晶格畸变因弛豫现象的产生而逐渐减小。超晶格薄膜中不同层的RHEED衍射条纹的差别说明了由于不同应力的作用使超晶格薄膜中LAO层和BTO层表面粗糙度不同。