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摘 要

钙钛矿氧化物作为近些年来的明星材料，引发了无数人的的关注与研究，而其中的多铁性材料更是因为它的磁电耦合的性质而引人注目。因为上世纪九十年代出现的激光分子束外延技术（PLD）的广泛应用，钙钛矿氧化物薄膜材料可以在实验室中被轻松制备，实验也不断获得突破，对BiFeO₃和YMnO₃的优秀的研究工作也不断涌现，科学家更是大胆预言未来最有研究价值的方向是多铁性材料的界面（多贴畴壁和外延异质结界面）。能在室温应用的多铁性材料可以在物理学、材料科学和信息存储等方面大放异彩。目前，发现SmFeO₃材料具有较好的多铁性能，对其外延异质结界面的研究也不是很多。本文主要通过固相反应法制备SmFeO₃，然后使用脉冲激光沉积技术将在SrTiO₃ （STO）基板上外延生长SmFeO₃（SFO）薄膜，再制备Co与其的异质结，然后通过XRD、SEM、XPS表征其各项性能。

关键词：异质结，SmFeO₃，脉冲激光沉积，薄膜，磁控溅射

Abstract

Perovskite oxide, as a star material in recent years, has attracted numerous people's attention and research, and the multi-ferrous material has attracted much attention because of its magnetoelectric coupling properties. Because of the wide application of laser molecular beam epitaxy technology (PLD) in the 1990s, perovskite oxide thin films can be easily prepared in the laboratory, and experimental breakthroughs have been made. Excellent research work on BiFeO₃ and YMnO3 has also been emerging. Scientists have boldly predicted that the most valuable research direction in the future is the Interface of multiferrous materials（multi-domain wall and epitaxy heterojunction Interface）. Multiferroic materials that can be used at room temperature can make a great difference in physics, materials science and information storage. At present, it has been found that SmFeO₃ materials have good multiferrous properties, and there are not many studies on its epitaxial heterojunction interface. In this paper, SmFeO₃ was prepared by solid-state reaction. SmFeO3 thin films（SFO） were epitaxially grown on SrTiO3 (STO) substrates by pulsed laser deposition.Use XRD,SEM and XPS to characterize and prepare Co and its heterojunctions.

KEY WORDS: Heterojunction, SmFeO₃, pulsed laser deposition, thin film,Magnetron sputtering

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………… Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 钙钛矿氧化物简介 1

1.3 异质结概述 2

1.3.1 异质结 2

1.3.2 异质结的分类 2

1.3.3 异质结的几个特点 2

1.3.4 异质结常用的几种制备方法 3

1.3.5 异质结目前的应用 3

1.4 多铁性材料概述 3

1.4.1 多铁性材料的定义 3

1.4.2 多铁性材料的研究历史 3

1.4.3 多铁性材料的性质 3

1.4.4 多铁性材料的应用以及前景 4

1.4.5 多铁性材料薄膜的制备技术 4

1.5 薄膜简介 5

1.6 SmFeO₃材料研究现状 5

第二章 实验方法 6

2.1 实验材料和仪器 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 实验仪器 6

2.1.2.1 电子分析天平 7

2.1.2.2 管式炉 7

2.1.2.3 X射线衍射仪 7

2.1.2.4扫描电子显微镜 8

2.1.2.5 能谱仪 8

2.1.2.6脉冲激光沉积系统 9

2.1.2.7 X射线光电子能谱 11

2.1.2.8 磁控溅射 12

2.2 SmFeO₃材料的制备方法 12

2.2.1溶胶-凝胶法 12

2.2.2固相反应法 13

2.2.3水热法 13

2.2.4热分解法 13

2.2.5 SmFeO₃纳米线的制备 13

2.2.6 SmFeO₃纳米晶的制备 14

2.3 实验过程 14

2.3.1 SmFeO₃材料的制备 14

2.3.2 样品表征 14

第三章 实验分析 16

3.1 XRD表征 16

3.2 SFO薄膜SEM图像 17

3.3 EDS能谱图分析 18

3.4 XPS结果 19

第四章 实验结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 引言

钙钛矿氧化物中，特别是BiFeO₃和YMnO₃，拥有着铁电性、铁磁性和反铁磁性等多种性质，因此使得这一类别的多铁性材料在物理学、材料科学和信息存储等方面成为了研究热点。而随着上世纪九十年代出现的激光分子束外延技术（PLD）的广泛应用，钙钛矿氧化物薄膜材料可以在实验室中被轻松制备，并在材料、物理等相关领域掀起一股热潮。在有关应用中，特别是在电子器件的应用方面，以这类材料与其它材料组成的异质结较为普遍，如与磁性材料之间的异质结，但这种异质结的磁交换偏置偏小，不足以满足应用，尚需进一步研究。目前，发现SmFeO₃具有较好的多铁性能，研究其与铁磁材料之间的异质结及其交换偏置效应，具有一定的科学意义和应用价值。本文将以较便捷的固相反应法制备SmFeO₃，并采取脉冲激光沉积法(PLD)这种较便捷的方法来制备SmFeO₃薄膜，之后用磁控溅射在SmFeO₃表面镀一层Co，制备Co与SFO膜的异质结。

1.2 钙钛矿氧化物简介

钙钛矿最早是在1839年由Gustav Rose所发现，并用苏俄人Lev Perovski的名字命名。因为最早发现的钙钛矿材料是含有钙元素和氧元素的氧化物，因此在中文中我们称Perovski为钙钛矿。到后来，钙钛矿并不特指钙和钛的复合氧化物，而是用来泛指一系列的具有AMX₃化学式通式的化合物。钙钛矿奇特的结构让它有了很多奇特的物理特性，比如电催化性，吸光性等等，这些特性让它成为了制备太阳能电池的明星材料。上世纪中期发现的铁电材料、高温超导材料到上世纪末受到广泛关注的庞磁电阻材料、高介电材料都曾引起科学研究的热潮。钙钛矿氧化物材料体系具有较为丰富的特性如铁磁性、反铁磁性、铁电性、自旋输运特性等，而这些特性也使钙钛矿氧化物材料在电子元器件方面有着广泛的应用^[1]。反倒是更热恒天然

图1-1钙钛矿结构图

1.3 异质结概述

1.3.1 异质结

将物理性质不同的多种（2种及以上）半导体相互接触后形成的p-n结被称为异质结。为了形成异质结，半导体材料的接触面必须要保持晶格连续性，即在结合面上有相近的晶体结构。爱的方式广告位过分的话

1.3.2 异质结的分类

异质结可以从导电类型、过渡区大小和能带结构三个方面来分类。

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