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采用激光分子束外延技术,原子尺度控制地外延生长了BaTiO3、BiFeO3、氮掺杂SrTiO3等钙钛矿氧化物薄膜和BaTiO34/Si、SrIn0.1Ti0.903/SrNb0.01Ti0.99O3(SITO/SNTO)、La1-xSrxMnO3/SrNbxTi1-xO3(LSMO/SNTO)、La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3(LSMO/BTO)等氧化物异质结。重点研究了薄膜和异质结的电输运特性与介电特性,主要取得了以下的进展和结果:
1.制备出掺氮的SrTiO3(STON)薄膜,在室温条件下观测到STON薄膜的铁电性和压电性。研究结果表明,氮掺杂对STON薄膜呈现的铁电特性起了非常重要的作用。
2.研究了In/BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3电容器的介电特性,观测到其电容值在低频区(≤1 MHz)随着频率和偏压的增加而迅速减小。利用复阻抗谱分析的结果,说明引起该介电特性改变的主要原因是薄膜/电极界面处的极化,进一步证明了电极材料对BiFeO3薄膜介电特性的影响是不可忽视的。
3.研究了SITO/SNTO p-n结在室温以上的输运特性,实验结果表明SITO/SNTO全氧化物p-n结在300 K-400 K范围内仍然具有很好的整流特性。
4.首次在BaTiO3-δ/Si p-n结中观测到铁电特性和电阻转换特性。研究结果表明,p-n结界面效应对BaTiO3-δ/Si异质结的铁电特性起了决定性的作用,其电阻转换行为与界面处的铁电极化不可逆相关。
5.首次在不同掺杂的LSMO/SNTO全氧化物异质结上观测到低频负电容特性。我们用Maxwell-Wagner界面弛豫和退俘获载流子引起的偶极子弛豫的共同作用很好地解释了这一现象。
6.在LSMO/BTO多层膜上观测到电压对其介电特性的可调谐效应。采用复阻抗谱分析结果,用界面极化很好地解释了随着薄膜层数增加,其介电可调性增强的机理。