La1-xCaxMnO3-Ag薄膜制备工艺及性能研究

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本论文采用固相反应法制备LCMO及LCMO-Ag靶材,并用射频磁控溅射工艺在Si(100)基片上制备LCMO-Ag薄膜,研究制备工艺参数对LCMO-Ag薄膜电阻率-温度特性的影响及银掺杂对LCMO材料结构及电性能的影响。研究固相反应法制备LCMO靶材最佳制备工艺及银掺杂对LCMO靶材形貌的影响。研究发现银掺杂导致LCMO靶材晶粒直径减小及致密度的提高;而高的烧结温度和较长的烧结时间使靶材晶粒直径增加,致密度降低。经过优化得到的LCMO-Ag靶材制备优化工艺参数为:煅烧温度为900℃,煅烧时间为5小时,烧结温度为1300℃、保温10小时。研究银掺杂对LCMO薄膜电性能的影响。银掺杂可显著降低LCMO薄膜的电阻率,提高薄膜金属-绝缘相变温度,并使LCMO薄膜在233K~300K之间发生两次金属-绝缘相变(TMI与T’MI)。出现这一现象是由于银掺杂造成的薄膜的不均匀性,在晶粒内部和晶界处出现了富银相。研究制备工艺参数对薄膜电阻率-温度曲线的影响。随沉积温度的升高,TMI与T’MI先升高后降低,在沉积温度为500℃时TMI与T’MI均达到最高值,分别为241K和266.3K。能谱(EDS)表明随工作气体中氧分压的增加,薄膜内氧含量升高,Mn4+含量也随之升高,双交换作用增强,TMI与T’MI增大。在氧氩比为1∶2,薄膜中氧含量达到63.71at%,此时TMI与T’MI分别为240.6K与273K。高的工作气压可以使溅射粒子在薄膜表面均匀分布,但气压过高会使薄膜成分发生偏析,造成薄膜结构和成分均匀性下降。随气压的升高,LCMO-Ag薄膜TMI与T’MI先升高后下降,气压为7Pa时达到最高值,分别为240.6K与273K。随溅射功率的提高,薄膜致密度增加,内部应力减小。但当溅射功率过高时,靶材粒子容易以团簇的形式被剥离,造成薄膜不均匀。随溅射功率的不断升高,LCMO-Ag薄膜TMI与T’MI先升高后降低,在溅射功率为100W时TMI与T’MI达到最高值,分别为260.4K与274K。
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