基于载流子调控的La2-xSrxCuO4超导薄膜器件的性能研究

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利用脉冲激光沉积技术(PLD)在具有(001)取向的Nb掺杂SrTiO3(NSTO)和SrTiO3(STO)衬底上沉积La1.8Sr0.2CuO4和La1.9Sr0.1CuO4薄膜,制备了La1.8Sr0.2CuO4/NSTO、La1.9Sr0.1CuO4/NSTO薄膜异质结构和La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4双层薄膜。利用X射线衍射(X-raydiffraction XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、低温测量系统等分析测试手段研究了异质结构和双层薄膜的表面形貌、晶体结构、电学输运特性。主要研究成果有:1.利用PLD技术在STO(001)单晶衬底上分别沉积了La1.8Sr0.2CuO4和La1.9Sr0.1CuO4薄膜,研究了沉积氧分压、衬底温度、激光能量、靶基距、退火温度等沉积参数对薄膜结构和性能的影响,得到生长LSCO薄膜的最佳工艺条件。2.在NSTO(001)衬底上分别沉积具有晶格取向的La1.8Sr0.2CuO4和La1.9Sr0.1CuO4薄膜,制备了La1.8Sr0.2CuO4/NSTO和La1.9Sr0.1CuO4/NSTO薄膜异质结构,并对这两种异质结构的电学性能进行了研究,通过对两种不同掺杂的异质结构的电学性质对比,发现这两种结构的I-V曲线均呈现一定的整流特性,但从I-V得到的Vd-T曲线中看到,两者的扩散势随温度变化的特性有所不同。通过分析认为在相同偏压下,超导转变对这种异质结构界面处耗尽层变化的影响引起了这两种结构性能的差异。3.在具有不同掺杂浓度的NSTO(001)单晶衬底上沉积了La1.8Sr0.2CuO4薄膜,研究了不同衬底对相同掺杂超导薄膜性能的影响。结果表明,由于La1.8Sr0.2CuO4和NSTO这两种具有不同载流子类型的材料接触后,因载流子中和作用导致La1.8Sr0.2CuO4薄膜中的载流子浓度降低,进而引起TC随衬底中Nb掺杂浓度的增大而升高,证明了载流子迁移在调控超导转变温度中起到了一定作用。4.在STO(001)单晶衬底上沉积了La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4双层薄膜,研究了双层薄膜的电学性能。研究结果发现,电场对双层薄膜的界面电输运性能有较明显的影响。双层膜的I-V曲线呈现类整流特性,表明电场能够有效调控双层膜的性质。在一定的正、负偏压下,这两层薄膜的载流子产生扩散现象,各层薄膜载流子浓度相应发生改变,薄膜TC随之改变,进而与无外加偏压时同一温度下的R-T相比,电阻相对增大或减小。这种双层结构的电阻与所加偏压的方向有密切关系,表现出类整流特性。
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