本文關鍵詞：應變對ZnO基薄膜和鈣鈦礦異質結特性的調控研究　出處：《電子科技大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著ZnO基薄膜和鈣鈦礦型異質結體系的廣泛應用,針對該材料的研究日漸深入,應變作為調節(jié)材料物性的重要手段,在實際的薄膜制備過程中可以通過基板的選擇和制備條件的改變來引入。本文以單層的ZnO基薄膜和雙層的鈣鈦礦型異質結薄膜體系為研究對象,并結合當前兩類材料研究的熱點,從實驗和模擬的角度出發(fā),對應變和單雙層薄膜材料物性的依賴關系進行了系統(tǒng)研究,主要研究內容分為以下四個部分:一,采用第一性原理研究不同等靜壓應變和單軸應變作用下,纖鋅礦ZnO材料的結構屬性和電子屬性變化,以及應變對ZnO材料電子的有效質量和遷移特性的影響。結果表明,在大的z軸單軸壓應變作用下,ZnO從纖鋅礦結構變?yōu)轭愂Y構,同時發(fā)生直接帶隙到間接帶隙的轉變。在沿z軸大約7%應變的等靜壓作用下,ZnO從纖鋅礦結構變?yōu)轭惤饎偸Y構。不同應變下電子有效質量的研究結果表明單軸應變下電子有效質量變化不明顯,而在等靜壓情況下,當z軸應變從壓應變變?yōu)槔瓚儠r,電子有效質量逐漸變小,這表明等靜壓拉應變能有效提高ZnO的遷移率。二,對典型的透明導電Ga摻雜ZnO(GZO)薄膜的微觀結構,光電特性和殘余應力應變進行實驗表征后發(fā)現其光學禁帶寬度隨著載流子濃度和z軸方向應變的變化呈線性變化趨勢。但是通過以前研究提出的各種理論模型都無法對本文薄膜禁帶寬度隨著載流子濃度的變化給出合理的解釋,因此我們將光學禁帶寬度的異常移動歸結于薄膜內應變作用,同時通過第一性原理計算從理論上對禁帶寬度對應變的依賴關系給出了分析和解釋。三,采用第一原理模擬研究LaAlO_3/KTaO_3(LAO/KTO)異質結界面二維電子氣的形成機理,以及雙軸應變和單軸應變對體系電子局域特性和遷移特性的影響。研究結果表明LAO/KTO異質結體系界面處的兩施主電子層導致該體系不存在金屬—絕緣體臨界轉變厚度,即使在LAO薄膜很薄的情況下,體系始終存在二維電子氣,而且電子氣的密度明顯高于相同結構下的LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)體系。進一步的應變調控研究表明雙軸和單軸的拉應變能夠讓LAO/KTO異質結的界面電子更局域,而且雙軸的拉應變相比單軸的拉應變具有更好的調節(jié)作用,同時雙軸拉應變作用下的體系相比無應變和拉應變作用下的體系具有更好的界面電子局域性,出現該情況的主要原因是異質結薄膜層中的極化強度對不同應變的敏感程度不一致。雙軸應變能夠有效的調節(jié)界面電子的遷移特性,而單軸應變對界面電子遷移率特性基本無調節(jié)作用,同時雙軸的壓應變作用下的體系相比無應變和拉應變作用下的體系具有更好的界面電子遷移特性。四,參考研究者提出的變形彎曲的LaO/TiO_2(110)界面結構建立模型,使用第一性原理模擬方法系統(tǒng)的研究LAO/STO(110)異質結二維電子氣的形成機理,以及雙軸應變對體系的絕緣體—金屬轉變厚度的影響,并結合實驗結果給出了具體的分析。研究結果表明LAO/STO(110)異質結二維電子氣形成的原因主要是在異質結界面處存在極性的不連續(xù),使得電子從LAO薄膜轉移到STO基板上。應變對異質結體系轉變厚度的理論研究表明無應變體系的轉變厚度是5個原胞。當體系受到-4%的壓應變時,LAO薄膜內的極化強度變小,該轉變厚度減小為4個原胞。當體系受到拉應變時,LAO薄膜內的極化強度呈現變大的趨勢,導致體系轉變厚度增加。這些理論模擬的結果很好的解釋了實驗中出現的不同現象,同時,這些結論也將更好的指導試驗中對該兩類材料體系特性的調控,以便將其更好的應用于納米電子器件中。
[Abstract]:In this paper , the structure properties of ZnO and the change of electron properties and the influence of strain on the physical properties of ZnO materials are studied . The results of these theoretical simulations are good to explain the different phenomena in the experiments , and these conclusions will also provide better guidance to the regulation of the properties of the two types of materials in order to better apply them to the nano - electronic devices .

【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ132.41;TB383.2

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本文編號：1404502