【摘要】：室溫下鈦酸鍶(SrTiO_3)晶體本身是一種絕緣體,研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)摻雜可以使其表面獲得導(dǎo)電層,使其變?yōu)榘雽?dǎo)體。向SrTi O_3里面摻雜Nb能使其導(dǎo)電,并且,通過(guò)改變Nb的濃度可以調(diào)節(jié)它的電導(dǎo)率。十年前,用Ar~+轟擊SrTiO_3之后發(fā)現(xiàn),在SrTiO_3的表面得到了導(dǎo)電層,于是他們就提出了氧空位導(dǎo)電機(jī)制。從那之后,人們開始對(duì)SrTiO_3的導(dǎo)電層進(jìn)行研究。利用Ar~+轟擊Sr TiO_3是得到高電導(dǎo)層的非常有效的方法,因?yàn)檠踉拥臄U(kuò)散速度明顯高于鈦、鍶原子。至今,利用Ar~+轟擊SrTiO_3已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了藍(lán)光發(fā)射現(xiàn)象、光電流現(xiàn)象、磁阻現(xiàn)象等。所以,研究氧空位對(duì)于研究SrTiO_3起著至關(guān)重要的作用。因此,本文就Ar~+轟擊Sr TiO_3的離子注入及缺陷分布進(jìn)行了研究,利用了SRIM程序模擬Ar~+轟擊SrTiO_3,研究了入射離子的條件及靶材料的條件對(duì)表面缺陷分布的影響,同時(shí),提供了一種考慮刻蝕過(guò)程下的缺陷分布的計(jì)算方法。本文采用了蒙特卡羅模擬計(jì)算的方法,首先介紹了蒙特卡羅方法的基本思想以及他的可靠性。其中,SRIM程序是以蒙特卡羅方法為基礎(chǔ)的離子注入模擬軟件。本文利用SRIM程序模擬Ar~+轟擊SrTiO_3,同時(shí),為了確保模擬的準(zhǔn)確性,對(duì)模擬參數(shù)進(jìn)行了解釋。特別是模擬過(guò)程中一個(gè)重要的參數(shù)——能量位移閾能,它表示了原子離開自身位置所需要的最低能量。為了研究入射離子對(duì)表面離子分布及缺陷的影響,本文采取不同能量以及不同角度的入射離子Ar~+轟擊SrTiO_3。利用SRIM程序模擬Ar~+轟擊SrTiO_3,Ar~+的入射能量分別用50eV、100eV、150eV、200eV、250eV、300eV,Ar~+的入射角度分別為0°、10°、30°、50°、70°、90°,獲取原子分布情況以及缺陷分布情況,在相同入射離子的條件下對(duì)比不同原子的分布和在不同入射離子的條件下對(duì)比相同原子的分布以及缺陷分布情況。研究表明:Ar~+、O原子的分布情況呈現(xiàn)高斯分布,且高斯峰值點(diǎn)橫坐標(biāo)Rp與Ar~+的入射能量和入射角度呈線性關(guān)系。缺陷方面,氧空位濃度分布情況也呈現(xiàn)高斯分布,同樣隨著Ar~+的入射能量和入射角度呈現(xiàn)線性變化。不同的是,當(dāng)角度持續(xù)增大時(shí),氧空位濃度分布會(huì)偏離高斯分布,呈現(xiàn)指數(shù)下降趨勢(shì)。同時(shí)研究了靶材料密度變化對(duì)表面離子分布及缺陷的影響。采取同樣的方式進(jìn)行模擬,不同的是,入射離子Ar~+固定能量為300eV,入射角度為0°(垂直靶材料表面入射),靶材料密度分別選取75%、80%、85%、90%、95%、100%的SrTiO_3晶體初始密度。研究表明:Ar~+、O原子的分布情況同樣呈現(xiàn)高斯分布,且高斯峰值點(diǎn)橫坐標(biāo)Rp與靶材料密度呈線性關(guān)系。缺陷方面,氧空位濃度分布情況也呈現(xiàn)高斯分布,但相對(duì)于前面改變?nèi)肷潆x子條件的影響更小,高斯分布峰值變化不大。最后,提出了一種基于蒙特卡洛模擬輔助控制離子注入時(shí)間的方法。因?yàn)镾RIM程序不能對(duì)時(shí)間進(jìn)行模擬,也就是說(shuō),該模擬是不考慮刻蝕效應(yīng)的,但在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中,隨著注入時(shí)間的增加材料表面會(huì)被刻蝕。所以該方法以SRIM程序?yàn)榛A(chǔ),考慮實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的刻蝕效應(yīng),采用迭代計(jì)算的方法,通過(guò)不斷疊加計(jì)算出離子注入的時(shí)間與非晶化層的關(guān)系,從而輔助實(shí)驗(yàn)中離子注入的時(shí)間。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN305

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