本文選題：復(fù)雜氧化物 + LaAlO_3/SrTiO_3��； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：在過去的十多年里,ABO3型的鈣鈦礦復(fù)雜氧化物得到了廣泛的研究,它們在溫度,磁場,摻雜等外界條件下出現(xiàn)豐富的性質(zhì),具有復(fù)雜的相圖。隨著薄膜生長技術(shù)的發(fā)展,特別是脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)的長足發(fā)展與反射高能電子衍射儀(RHEED)在PLD上使用,使得高質(zhì)量外延生長鈣鈦礦氧化物薄膜成為可能,研究者在這些氧化物界面甚至發(fā)現(xiàn)了與塊體材料全然不同的性質(zhì)。所以界面體系一直是氧化物研究的熱點(diǎn)。本人博士工作重點(diǎn)關(guān)注以SrTiO3為襯底材料的極性/非極性界面的能帶結(jié)構(gòu),探索了可能的應(yīng)用研究,以及Ti的d電子的多帶結(jié)構(gòu)。主要工作包括下面三方面。我們用NH4F-HF在適當(dāng)?shù)膮?shù)下腐蝕處理SrTiO3(001)表面,得到TiO2單一終結(jié)面,原子級平整的SrTiO3(001)表面。在這樣的表面下,我們用PLD-RHEED系統(tǒng)在合適的條件下實(shí)現(xiàn)了LaA103, LaVO3薄膜的層狀生長,能很好地控制生長速率與厚度。不僅原位的RHEED衍射斑與振蕩能很好地表明樣品的高質(zhì)量,XRD, TEM, CTR的測量也表明薄膜具有很好的晶體結(jié)構(gòu)。高質(zhì)量的界面樣品的制備為我們探索界面的性質(zhì)與物理提供了很好的條件。在LaA103/SrTi03(5uc-15uc)的表面鍍上金屬電極,用wire-bonder將鋁線歐姆接觸到界面,測量界面與表面之間的I-V曲線,發(fā)現(xiàn)185nm(6.7eV)的紫外光照射能在表面與界面之間產(chǎn)生光伏效應(yīng),256nm (3.4eV)與模擬太陽光卻無法激發(fā)光伏效應(yīng)。通過不同功函數(shù)電極和控制樣品氧空位的對比實(shí)驗(yàn),排除了可能導(dǎo)致光伏的原因,最終我們將這一現(xiàn)象歸結(jié)于內(nèi)建場與金屬電極功函數(shù)的共同作用使得光激發(fā)的LaA103的電子-空穴對分離,產(chǎn)生光伏效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)不僅證明了LaA103/SrTi03界面“極性崩潰”下電子重構(gòu)的物理圖像,同時也是探索原子層厚度的光伏材料的一次嘗試。我們用光刻等工藝將LaA103/SrTi03, LaVO3/SrTiO3做成場效應(yīng)管的器件研究它們在低溫磁場下的輸運(yùn)性質(zhì)。在兩種界面的磁阻都表現(xiàn)為柵壓可調(diào)的反弱局域化的現(xiàn)象(WAL)。WAL的定量分析能給出能帶中自旋分裂能等一系列與能帶相關(guān)的重要信息,是研究自旋軌道耦合(SOC)的重要手段。測量發(fā)現(xiàn)即使LaAlO3/SrTiO3, LaVO3/SrTiO3的邊界條件不一樣,但是柵壓對它們的磁阻卻有相同的調(diào)節(jié)作用。我們用ILP理論擬合了WAL,發(fā)現(xiàn)界面的SOC表現(xiàn)為k的三次方的Rashba效應(yīng)。進(jìn)一步的定量分析得出自旋分裂能隨載流子濃度的變化是非單調(diào)的,在某一濃度下出現(xiàn)最大值,與傳統(tǒng)半導(dǎo)體的單調(diào)變化形成鮮明對比。在這一變化過程中,界面的載流子發(fā)生由單一到多種的轉(zhuǎn)變,使得霍爾效應(yīng)出現(xiàn)非線性。WAL與非線性霍爾可用界面SrTiO3一則Ti的3d電子的t2g軌道的自旋分裂與多子帶結(jié)構(gòu)解釋。在這里,我們從實(shí)驗(yàn)上建立了輸運(yùn)性質(zhì)與電子能帶結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系。
[Abstract]:In the past decade or so, the complex perovskite oxides of ABO3 type have been widely studied. They have rich properties and complex phase diagrams under the conditions of temperature, magnetic field, doping and so on. With the development of thin film growth technology, especially the rapid development of pulsed laser deposition (PLD) and the use of reflective high-energy electron diffractometer (RHEED) in PLD, it is possible to grow perovskite oxide thin films with high quality epitaxial growth. At these oxide interfaces, the researchers even discovered properties completely different from those of bulk materials. Therefore, the interface system has been the focus of oxide research. My doctor focuses on the energy band structure of polar / nonpolar interface based on SrTiO3 substrate, and explores the possible application studies, as well as the multiband structure of d electrons in Ti. The main work includes the following three aspects. The surface of SrTiO3C001) is corroded by NH4F-HF with appropriate parameters, and the TiO2 surface with a single terminus and a flat atomic level SrTiO3C001) surface is obtained. On this surface, the layered growth of LaA103, LaVO3 thin films is realized by using PLD-RHEED system under suitable conditions, and the growth rate and thickness can be well controlled. Not only in situ RHEED diffraction patterns and oscillations can well indicate the high quality of the samples, but also the measurements of TM and CTR show that the thin films have good crystal structure. The preparation of high quality interface samples provides a good condition for us to explore the properties and physics of the interface. Metal electrodes were plated on the surface of LaA103 / SrTi035uc-15uc. the ohmic aluminum wire was contacted to the interface by wire-bonder, and the I-V curve between the interface and the surface was measured. It is found that the photovoltaic effect between the surface and the interface can be produced by the irradiation of 1855 nm ~ 6.7 EV) and the simulated solar light can not excite the photovoltaic effect. Through the comparative experiments of different work function electrodes and controlled oxygen vacancy of the sample, the possible cause of photovoltaic is excluded. Finally, we attribute this phenomenon to the interaction between the built-in field and the work function of the metal electrode, which results in the photovoltaic effect caused by the separation of electron-hole pairs of photoexcited LaA103. This discovery not only proves the physical image of electron reconstruction under the "polar collapse" of LaA103/SrTi03 interface, but also is an attempt to explore photovoltaic materials with atomic layer thickness. The transport properties of LaA103 / SrTi03and LaVO3/SrTiO3 FET are studied by photolithography. The magnetoresistive phenomena of the two interfaces are the anti-weak localization of gate voltage adjustable. The quantitative analysis of WALL. WAL can give a series of important information related to the band, such as spin splitting energy in the energy band, which is an important means to study the spin-orbit coupling SOC. It is found that even though the boundary conditions of LaAlO _ 3 / SrTiO _ 3 are different, the gate voltage has the same effect on their magnetoresistance. We use the ILP theory to fit Wall and find that the SOC of the interface is the Rashba effect of the cubic power of k. Further quantitative analysis shows that the variation of spin splitting energy with carrier concentration is non-monotone, and the maximum value appears at a certain concentration, which is in sharp contrast with the monotone variation of traditional semiconductor. In this process, the carriers at the interface change from single to multiple, which makes the Hall effect appear nonlinear. WAL and nonlinear Hall can be used to interface a Ti 3D electron t2g orbital spin splitting and the interpretation of the multi-subband structure. Here, we have experimentally established the corresponding relationship between the transport properties and the electron band structure.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O469

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本文編號：1847423