研究目的
研究应变和生长温度对不同钙钛矿衬底上生长的SrVO3薄膜结构、电子和光学性质的影响,旨在通过电子关联调控其光学性质。
研究成果
SrVO3薄膜具有高透明度和金属导电性,其特性受衬底诱导应变和生长温度影响。拉伸应变(如生长在STO衬底上)促进氧空位形成,增加有效质量和等离子体频率;而压缩应变(在LAO衬底上)则限制晶体有序度。氧空位对调控光学和电学性能起关键作用,但应用中需平衡导电性与透明度。未来研究应聚焦于控制氧化学计量比及探索其他衬底或沉积条件。
研究不足
该研究的局限性在于无法直接测量薄膜中的氧空位、潜在的衬底效应(例如与STO的氧交换),以及由于孪晶现象导致LAO衬底光学测量的困难。研究结果仅适用于脉冲激光沉积(PLD)方法,可能不适用于其他沉积技术。
1:实验设计与方法选择:
采用脉冲激光沉积法(PLD)在300至700°C真空环境下,于(001)取向的SrTiO3(STO)、LaAlO3(LAO)和(LaAlO3)0.3(Sr2TaAlO6)0.7(LSAT)衬底上生长SrVO3薄膜,以避免过度氧化。该方法用于研究应变和氧空位对薄膜性能的影响。
2:3(Sr2TaAlO6)7(LSAT)衬底上生长SrVO3薄膜,以避免过度氧化。该方法用于研究应变和氧空位对薄膜性能的影响。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:根据与SrVO3块体(
3:840 ?)的晶格失配度选择衬底:
STO(1.69%拉伸)、LSAT(0.73%拉伸)和LAO(-1.30%压缩)。薄膜厚度约40纳米。
4:69%拉伸)、LSAT(73%拉伸)和LAO(-30%压缩)。薄膜厚度约40纳米。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括用于PLD的KrF准分子激光器(λ=248 nm)、布鲁克D8 Discover X射线衍射仪、Quantum Design物理性质测量系统(电学测量)、珀金埃尔默Lambda 1050分光光度计(光学测量)及卢瑟福背散射谱(RBS)(化学分析)。材料包括Sr2V2O7多晶靶材和清洗后的衬底。
5:实验流程与操作步骤:
衬底经丙酮和乙醇超声清洗。沉积参数为激光能量密度≈1.6 J cm?2、重复频率3 Hz、靶-衬底距离50 mm、残余气压1×10?? mbar。结构表征采用XRD和倒易空间图;电学性能通过四探针法和霍尔效应在5-300 K范围测量;光学性能在紫外-可见-近红外波段测定。
6:6 J cm?2、重复频率3 Hz、靶-衬底距离50 mm、残余气压1×10?? mbar。结构表征采用XRD和倒易空间图;电学性能通过四探针法和霍尔效应在5-300 K范围测量;光学性能在紫外-可见-近红外波段测定。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:XRD数据用于确定晶格参数和薄膜厚度;电阻率数据拟合ρ(T)=ρ0+A×Tα模型;霍尔效应数据提供载流子浓度和迁移率;光学数据通过透射率和反射率分析提取等离子体频率。
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Bruker D8 Discover diffractometer
D8 Discover
Bruker
Used for X-ray diffraction measurements to analyze structural properties of the films.
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Perkin-Elmer Lambda 1050 spectrophotometer
Lambda 1050
Perkin-Elmer
Used for optical measurements in UV-vis-NIR range, including transmittance and reflectivity.
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KrF excimer laser
Used for pulsed laser deposition to ablate the target and deposit SrVO3 films.
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Quantum Design physical properties measurement system
Quantum Design
Used for electrical measurements, including resistivity and Hall effect, from 5 to 300 K.
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Rutherford backscattering spectrometry
Used for chemical analysis to determine cation stoichiometry of the films.
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