LaNiO3导电氧化物薄膜的制备及应用研究

综述了退火温度、气氛和衬底对LNO薄膜结构和电性能的影响,详细介绍了LNO薄膜作底电极或过渡层在钙钛矿结构的PLT、PZT、BST铁电和BFO铁磁电薄膜生长过程中对其铁电性能和疲劳性能的影响.     

高分子辅助沉积法制备LaNiO3外延导电薄膜

近年来LaNiO₃(LNO)作为铁电超晶格、超导异质结和催化剂材料引起了广泛关注。本研究采用简便、低成本的高分子辅助沉积法(Polymer Assisted Deposition, PAD), 在(001)取向的SrTiO₃(STO)单晶衬底上制备了导电性能优异的LNO外延薄膜, 并对其进行各种结构和电学表征。摇摆曲线半高宽为0.38°, 表明LNO薄膜结晶度良好。高分辨XRD的φ扫描进一步证实LNO薄膜在STO衬底上异质外延生长。原位变温XRD测试进一步表征了LNO薄膜的外延生长过程。结果表明, 聚合物分解之后金属阳离子在单晶基体上有序释放并外延结晶。XPS结果表明, 采用PAD制备的LaNiO₃薄膜不存在氧空位。薄膜表面光滑, 粗糙度为0.67 nm。在10~300 K温度区间内的变温电阻率表明LNO薄膜具有良好的导电性能。上述结果表明：PAD制备的LaNiO₃薄膜具有较好的综合性能, PAD在制备外延功能薄膜材料方面具有很大的潜力。     

LaNiO3溅射薄膜的光学和电学特性的研究

采用LaNiO3陶瓷靶和射频磁控溅射技术在350℃的K9玻璃衬底上制备出了具有较好（100）择优取向的LaNiO3薄膜。通过对不同厚度薄膜的光学、电学以及薄膜结构等物理特性的测试分析，发现薄膜厚度小于100nm时为非晶结构，厚度大于150nm后出现了具有（100）择优取向的LaNiO3相。非晶结构的LaNiO3具有较高的面电阻和高的光学透射率，而晶化的LaNiO3薄膜具有类似于金属的导电能力和光学特性。薄膜的生长动力学和导电分析结果认为薄膜生长的初期会形成一个非晶过渡层。     

Si（111）衬底上沉积LaNiO3薄膜的取向控制和导电性能研究

通过金属有机物沉积的方法在Si（111）衬底上成功制备出了高度（100）和（110）取向的LaNiO3薄膜。研究了不同热处理过程、薄膜厚度、前驱体溶液对LaNiO3取向的影响,以及厚度热处理温度、（100）方向的取向度与薄膜方阻之间的关系。LaNiO3薄膜的相结构由XRD（X射线衍射）分析,薄膜的晶粒大小和表面粗糙度由AFM（原子力显微镜）分析。     

镍酸镧导电薄膜的热处理制度与电性能研究

研究了镍酸镧(分子式LaNiO3,简称LNO)导电薄膜的制备,及其与性能之间的关系。实验结果表明热处理制度和热处理过程中通氧是LNO薄膜获得良好电性能的关键。实验发现LNO薄膜在退火温度5500C时就已经晶化,并且随着退火温度的升高,薄膜电性能也随之提高,但是当温度高于860℃后,LNO薄膜发生了结构相变并伴有NiO的析出,因此导致了薄膜电阻率的升高。较短的预处理时间和较长的退火处理时间有助于薄膜晶粒的长大,从而提高薄膜的电性能。同时也讨论了LNO薄膜电阻率和工作温度的关系。     

溅射工艺对LaNiO3薄膜结构和电性能的影响

采用射频磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了LaNiO3薄膜.通过后续热处理使薄膜晶化,并用四探针法测量了薄膜的表面电阻率.借助X射线衍射分析、电感耦合等离子体发射光谱、原子力显微镜等手段研究了溅射工艺及热处理温度对薄膜显微结构的影响.实验结果表明,在氧气氛保护下,于550℃处理1h,薄膜晶化.溅射氧分压在10%～25%之间,700℃热处理时可以得到表面光滑致密且电性能较好的薄膜.     

溅射时氧分压对LaNiO3-x薄膜性能的影响

在较低的衬底温度(260 0C)和不同氧分压下,采用射频溅射在(111)Si衬底上制备出了具有(100)择优取向的 LaNiO3薄膜. SEM分析表明薄膜具有光滑连续的表面和均匀的晶粒尺寸. I-V特性表明薄膜均具有金属导电性,且随着氧分压的增加,电阻率逐步降低并达到一个稳定值 10Ω@μ m.实验结果同时表明,随着氧含量的增加,Ni、 La含量比单调增大,并且当溅射气氛中的氧气分压在 20%～30%范围时,Ni、 La含量比为 1:1而且比较稳定.当氧气分压为30%时,薄膜的晶面间距达到最小值.制备 LaNiO3薄膜的最佳氧气分压应该控制在 30%左右.     

不同衬底上TiN薄膜的制备及性能研究

利用电弧离子镀技术在不锈钢，硅衬底及玻璃衬底上沉积了ＴｉＮ薄膜，并在大气环境下进行了７００℃３０ｍｉｎ退火处理，测量了其退火前后的硬度，Ｘ射线分析了退火前后的成分，对硅衬底上沉积的薄膜则测量了退火前的电阻率变化。在玻璃衬底上改变实验条件沉积了不同颜色的薄膜，测量了不同色泽薄膜的电阻率和制备条件的关系，对退火后薄膜内微观结构的变化进行初步分析由此讨论了退火后薄膜硬度及电阻率变化的原因，并解释了讨论了     

以LaNiO_3为电极在Si衬底上生长的(Ba,Sr)TiO_3薄膜的结构和介电性质

利用射频磁控溅射技术,在传导的钙钛矿型的LaNiO3电极上生长了(Ba,Sr)TiO3薄膜。为了研究生长温度对(Ba,Sr)TiO3薄膜结晶程度的影响,沉积过程中选择了100℃-700℃的衬底温度。在300℃的较低生长温度时,薄膜由无定型相开始转变为多晶相;当生长温度增加到500℃以上时,薄膜呈现出高度的(h00)取向。利用扫描电子显微镜(SEM),可以看到在600℃时,薄膜的表面形貌光滑而且致密。另外,随着生长温度的提高,薄膜的相对介电常数(rε)因为结晶性的改善快速增大;在500℃以上时增加得比较小。薄膜在600℃以上时,其介电损耗低于0.02。同时研究了不同生长温度条件下薄膜的电容-电压特性,薄膜的调谐率随着结晶性的改善获得了极大的提高,这主要是薄膜介电常数增大的结果。     

(Pb0.90La0.10)Ti0.975O3/LaNiO3薄膜的射频磁控溅射制备和性能研究

采用射频磁控溅射技术,以LaNiO3(LNO)作为过渡层,在SiO2/Si(100)、Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上分别获得了(100)、(110)取向的(Pb0.90La0.10)Ti0.975O3(PLT)铁电薄膜.研究了LNO/Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)和LNO/SiO2/Si(100)基底对PLT薄膜微结构和铁电性能的影响.实验结果表明,与在LNO/Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基底上沉积的(110)取向的PLT薄膜相比较,在LNO/SiO2/Si(100)基底上沉积的高度(100)取向的PLT薄膜具有更好的微结构和更高的剩余极化强度,其2Pr为40.4μC/cm2.     

LaNiO3缓冲层对Pb(Zr,Ti)O3铁电薄膜的影响

采用化学溶液法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了PbZr0．4Ti0.6O3／LaNiO3(PZT／LNO)多层薄膜。X射线衍射测量表明LNO缓冲层的引入使PZT薄膜(111)择优取向度减小,(100)取向增加。原子力显微镜测量表明引入LNO缓冲层使得PZT薄膜表面更加平整、致密。在LNO缓冲层上制备的PZT薄膜具有优良的铁电特性和介电特性：LNO缓冲层厚度为40nm时,500kV／cm的外加电．场下。剩余极化(Pr)为37．6μC／cm^2,矫顽电场(Ec)为65kV／cm;100kHz时,介电常数达到822,并且发现LNO缓冲层的厚度为40nm,PZT的铁电、介电特性改进最为显著。     

PbTiO3铁电薄膜晶化工艺研究

对sol-gel法制备的PbTiO3薄膜采用不同晶化工艺进行晶化,研究了晶化温度和基片对薄膜晶化的影响.研究表明,采用快速晶化工艺时,在550～750℃的较宽温度范围内,薄膜能够结晶形成稳定钙铁矿相结构,在LaAlO3基片上能获得结晶良好、具有(001)择优取向的PbTiO3薄膜.与常规晶化相比,快速晶化处理的薄膜结晶质量好,晶粒较小、分布均匀致密.     

氧压对脉冲激光沉积LaNiO_3薄膜结构和电学性能的影响

通过改变氧分压,利用脉冲激光沉积方法在Si(100)衬底上制备了系列LaNiO3导电氧化物薄膜;经XRD测试研究发现,通过调控氧压,可获得具有高(100)取向薄膜,且氧压对薄膜结晶性有很大影响,在氧分压为7.5Pa时获得结晶性最好的薄膜。经XRF分析表明,La、Ni元素化学成分计量比随氧压增大而减小。经四探针法测试,薄膜电阻率最小为2.03×10-4Ω.cm,表现出了良好的金属导电性。经SEM和AFM分析表明,薄膜晶粒为柱状晶,排列均匀致密,薄膜表面均匀,粗糙度较小,表明LaNiO3薄膜可以用作一种良好的铁电薄膜底电极材料。     

Microstructural analysis of WO3 thin films on alumina substrates

WO₃ thin films have been deposited by thermal evaporation on an alumina oxide single crystal and annealed either in oxygen or in air. The morphology and the crystallographical structure for the as-deposited and the annealed films have been investigated by reflection high energy electron diffraction, atomic force microscopy and transmission electron microscopy. During annealing the WO₃ thin films recrystallise and undergo important morphological and structural changes: the annealed films exhibit large grains which have the monoclinic structure in epitaxial orientations. These grains are made of twinned microdomains, which are elongated in the [100] direction resulting of a preferential growth along the direction that corresponds to the smallest lattice parameter of WO₃.     

Low-temperature epitaxial growth of conductive LaNiO3 thin films by RF magnetron sputtering

Epitaxial growth of LaNiO₃ (LNO) thin films was successful on CeO₂/YSZ/Si(100), MgO(100) and SrTiO₃ (STO)(100) substrates by RF magnetron sputtering at 300 °C, although pulsed laser deposition requires 600 °C to prepare epitaxial LNO films according to the literature. Epitaxial LNO films deposited on CeO₂/YSZ/Si(100) and STO(100) had single orientation of LNO[100]//CeO₂[110]//YSZ[110]//Si[110]) and LNO[100]//STO[100], respectively. On the other hand, epitaxial LNO films deposited on MgO(100) had mixed orientations of LNO[100]//MgO[100] and LNO[100]//MgO[110]. The lattice parameter, composition and resistivity of the LNO thin films were strongly dependent on the substrate temperature. The minimum resistivity of LNO films was approximately 5×10⁻⁶ Ω m, which value almost agrees with the resistivity in the literature. It was found that the temperature to achieve minimum resistivity was 200 °C, irrespective of the type of substrate. The surface of the LNO films was smooth and flat.     

P型透明导电氧化物LaCuOS的研究进展

透明导电氧化物半导体的出现开拓了光电子器件研究的新领域，但是缺少性能良好的P型材料就限制了透明导电氧化物的利用空间。LaCuOS由于其结构、电学和光学等方面具有许多的优点，成为近年来P型半导体的研究热点。介绍了P型LaCuOS薄膜的基本性质，综述了不同的制备工艺并对其光电学与应用方面进行了研究总结。