STO单晶表面原位研究与SRO/STO薄膜生长的初步探索

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钛酸锶(SrTiO3或STO)是一种典型的立方结构钙钛矿氧化物,具有良好的介电性,热稳定性、低损耗与介电可调节性;特别是其品格常数为3.905A,与很多氧化物材料具有很好的晶格匹配性,所以钛酸锶单品是一种广泛应用于薄膜生长的衬底材料。本论文主要研究钛酸锶单晶在真空退火处理后表面电子结构与化学组分的变化情况,并且利用扫描电子显微镜进行了其表面宏观形貌的表征。在对钛酸锶单晶表面研究的基础上,利用脉冲激光沉积法在钛酸锶衬底上初步尝试了钌酸锶(SrRuO3或SRO)薄膜的生长。并利用原位同步辐射光电子能谱对不同氧压下生长的钌酸锶薄膜表面电子结构开展初步研究,以及表面形貌的表征。本论文主要的研究成果如下:1.以真空退火的处理方式处理钛酸锶单晶表面,然后利用原位同步辐射光电子能谱研究了不同退火温度下,其电子结构变化和表面杂质去除情况等,并进行了表面形貌的表征。研究结果发现,当真空退火温度达到700℃时,吸附在钛酸锶单晶表面与碳污染相关的杂质可以被去除掉,并露出新鲜的具有稳定Ti-0层结构的钛酸锶表面。当样品在超高真空系统中温度为920。C的条件下退火l小时后,发现样品表面被析出的钙离子污染,同时出现了大量的氧空位,此时的钛酸锶单晶样品已经不适合作为生长薄膜时的衬底。2.基于对钛酸锶单晶的研究之后,尝试采取脉冲激光沉积的方法在钛酸锶单品衬底上生长钌酸锶薄膜,并利用同步辐射光电子能谱以及扫描电子显微镜对薄膜的表面形貌与电子结构进行了初步研究。研究发现,通氧量的不同条件下所生长的薄膜,其化学组分是不同的,并伴随有氧缺陷的存在。通过分析扫描电子显微镜与能量色散谱,发现随着通氧量的增加,薄膜平整度与组分均没有明显变化。说明在钌酸锶薄膜的生长过程中,通氧量会影响薄膜的化学组分以及造成氧缺陷的存在,但在宏观尺度上的薄膜平整度不会有太大的变化。
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