La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4双层超导薄膜的制备与电学性能表征

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超导材料由于其具有电阻为零的优点在能源紧张的今天受到越来越多人的关注,微型化器件的出现促使了薄膜材料的研究,能够将超导薄膜应用到更多的微电子器件这一目标吸引了越来越多的科研工作者对超导薄膜的研究。本文采用脉冲激光沉积技术(PLD)制备了不同成分的La1.8Sr0.2CuO4薄膜和La1.9Sr0.1CuO4薄膜以及这两种成分的双层薄膜结构。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及低温电学性能测量系统等分析手段研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、薄膜的电学输运特性。主要研究结果如下:1.采用传统的固相烧结法,通过探索烧结条件,制备出了纯相的La1.8Sr0.2CuO4和La1.9Sr0.1CuO4粉末样品,利用这些粉末制备出了薄膜沉积所需要的陶瓷靶材;2.通过对薄膜沉积工艺条件的探索,得到了制备高质量LSCO超导薄膜的最佳条件,其工艺参数为:氧气压30Pa,衬底温度为760℃,靶基距(靶材和衬底之间的距离)4cm,脉冲激光能量600mJ;3.利用沉积LSCO薄膜的最佳工艺参数,制备了一系列具有不同厚度的薄膜,研究了薄膜厚度对超导转变温度的影响,通过研究发现,随着薄膜厚度的增加(20nm200nm),薄膜的超导转变温度(9K20K)逐渐升高,到达一定厚度后超导转变温度上升趋势趋于平缓。4.在Nb掺杂SrTiO3(Nb:SrTiO3,NSTO)衬底上沉积了具有不同成分的LSCO薄膜,得到了La1.8Sr0.2CuO4/NSTO和La1.9Sr0.1CuO4/NSTO异质结构(P-N结),研究了这两种结构的电学性质,结果表明,这两种结构都表现出了整流特性。通过分析得到了扩散势的变化规律,并发现在超导态扩散势的变化是由于超导能隙打开所致。5.在SrTiO3衬底上,制备了La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4双层薄膜,并通过化学腐蚀的方法制备了双层薄膜的台阶结构,在低温电学测量系统上研究了电场对双层薄膜电学性能的影响,通过不同测试方法表征,表明电场具有调控双层薄膜载流子扩散方向的能力,进而改变了超导薄膜的转变温度,并且在一定的电场作用下使薄膜在超导和非超导之间转换。这种结构的电阻与外加电场的方向有很大关系,表现出了很好的整流特性。
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