La1-x(Ca,Sr)xMnO3:Ag0.2材料制备及TCR性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yus520
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掺杂的钙钛矿锰氧化物有着丰富的电子相图,各种不同的输运性质,以及多种物理性能,因此得到了广泛的研究。其中,关于金属-绝缘体转变特性和庞磁电阻特性的研究较多。此类材料可以用来制作磁存储器、磁探测器、红外探测器等,其中红外探测器是一种对温度变化非常敏感的器件,这就要求材料具有较高的电阻温度系数(TCR)。本论文主要对La1-xCax MnO3体系进行研究,目的是制备出一种金属-绝缘体转变温度(Tp)在室温附近且TCR较高的材料。针对研究较多的La0.7Ca0.3MnO3,选用Sr、Pb、Ba对其进行掺杂实验。综合而言,Sr掺杂后的样品结晶性良好,致密度较高,导电性能得到了一定的改善,电阻率有所降低,TP提高的同时保持了较高的TCR值,所以Sr可以作为进一步研究的掺杂元素。对应La1-xCax MnO3体系,随着Ca掺杂量的增多,样品的电阻率降低,TP不断升高,TCR则呈现先增大后减小的趋势。在x=0.28时,TCR达到了78.8(4)·K-1,是系列中最大的,但其TP仅为256.3 K,远低于室温(300 K),这在很大程度上限制了它的进一步应用。在此基础上,选择TCR较高的La0.72Ca0.28MnO3:Ag0.2进行Sr的掺杂,随着Sr掺杂量的增多,多晶样品的TP往高温方向移动,居里温度(TC)不断升高,且电阻率不断减小,TCR也不断减小。值得一提的是,当x(28)0.07时,TP达到了301.8 K(室温附近),此时TCR值为24.3(4)·K-1,远高于其它文献报道,性能指标均达到了应用化标准。针对La1-xCaxMnO3:Ag0.2系列样品,选择性能优良的三组多晶靶材进行镀膜。先制备出不同系列的未退火的薄膜,之后对这些薄膜进行后退火处理。首先,在空气气氛中对La0.72Ca0.28MnO3:Ag0.2薄膜进行不同温度下的后退火处理。研究发现,空气气氛中退火的薄膜电学性能得到了一定的改善,相比未退火的薄膜,其结晶度更高,表面更加均匀,TP有所升高,电阻有所降低。研究发现在较高的后退火温度下,薄膜蒸发量较大,已不再呈现金属-绝缘体转变。然后,我们在氧气气氛中对La0.7Ca0.3MnO3:Ag0.2薄膜进行不同温度下的后退火处理。结果显示,相比在空气中退火,氧气气氛下退火的样品电阻更小,TP相对较高,均在220K以上。在氧气气氛中1200℃退火1小时,对应薄膜的TCR达到了最大值,为31.6(4)·K-1,但TP较低,仅220.8 K。最后,对比不同温度下薄膜的后退火情况,我们选择1200℃作为退火温度。在氧气气氛中对La0.67Ca0.33MnO3:Ag0.2薄膜进行不同时间下的后退火处理。此系列薄膜整体上结晶度较高,表面较为平整,电阻较小,可以看出在较长退火时间下,由于薄膜蒸发量的增多,电阻有所增大。薄膜样品的TP随着退火时间的增大,呈现先升高后降低的趋势,退火3小时薄膜样品的TP最高,为285.7 K。而薄膜样品的TCR呈现出与TP类似的变化趋势,TCR随退火时间的增大先增大后减小,退火3小时的薄膜TCR最大,为20.3(4)·K-1。综合来说,退火3h的薄膜样品有着较好的电学性能。综合以上薄膜的后退火处理情况,在氧气气氛下1200℃退火3小时是较好的后退火选择,此退火工艺下的样品性能更优。
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