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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李志晃
研究生(外文):C. H. Li
論文名稱:摻鑭SrTiO3之傳輸特性研究
論文名稱(外文):Electrical Transport Properties of La-Doped SrTiO3
指導教授:宋皇輝
指導教授(外文):H. H. Sung
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:掺鑭鈦酸鍶電子相關系統
外文關鍵詞:Sr1-xLaxTiO3、electron correlation systems
相關次數:
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本實驗研究以固態燒結法燒結摻鑭鈦酸鍶之塊材(Sr1-xLaxTiO3 =0.02 ~ 0.3)與雙靶離軸射頻磁控濺鍍磊晶成長摻鑭鈦酸鍶薄膜(Sr1-xLaxTiO3 x=0.067 ~ 0.165)於p-type Si(100)、SrTiO3(100)基座上。在實驗過程中我們預期塊材與薄膜中之Sr2+離子會被La3+離子所取代,而造成電子的傳輸行為,進而使摻鑭鈦酸鍶塊材與薄膜具有導電性,經氫/氬混合氣退火後塊材與薄膜樣品始有導電性,由電阻率對溫度關係、霍爾效應等量測觀察其電子傳輸行為,發現薄膜樣品其行為並不適用自由電子氣體模型,而較接近電子相關系統(electron correlation systems)。
In this study, La-doped SrTiO3(Sr1-xLaxTiO3 =0.02 ~ 0.3) bulk were prepared by solid-state reaction method and La-doped SrTiO3(Sr1-xLaxTiO3) thin films were grown on the Si(100) and SrTiO3(100) substrates by the off-axis rf magnetron co-sputtering system. In the experiment, we expect Sr2+ ions were replaced by La3+ ions in the samples, and introduced the electron carriers. However, the specimens turn into electrically conductive after annealing in mixed H2/Ar. The temperature dependence of resistivity and Hall coefficients were studied, and found that the transport properties, which can not be described by the free electron gas model, are related to the electron correlation systems in film specimens.
目錄

封面內頁
簽名頁
授權書.........................iii
中文摘要........................iv
英文摘要........................v
誌謝..........................vi
目錄..........................vii
圖目錄.........................x
表目錄.........................xiv

第一章 緒論
1.1研究背景..................1
1.2文獻回顧..................2
1.3論文架構..................11
第二章 實驗量測原理
2.1電阻率量測................. 12
2.1.1 Van Der Pauw電阻率量測原理....... 12
2.1.2四點量測原理............. 13
2.2霍爾量測原理................ 14
2.3 X-ray繞射原理............... 17
2.4膜厚量測原理................ 18
2.5熱電原理.................. 19
2.5.1熱電現象............... 19
2.5.2 Seebeck效應.............. 20
2.5.3 Peltier效應............... 21
2.5.4 Thomson效應............. 22
2.5.5熱傳導係數與Seebeck係數量測原理....23
第三章 樣品製備與量測
3.1樣品製備..................25
3.2塊材製備..................25
3.2.1實驗流程............... 26
3.2.2實驗流程敘述............. 27
3.3薄膜製備..................32
3.3.1實驗流程................ 33
3.3.2實驗流程敘述.............. 34
3.4定性與定量量測............... 36
3.4.1 X-ray繞射分析儀............ 36
3.4.2掃描式電子顯微鏡(SEM) ........ 37
3.4.3成份分析儀(EDS) ............ 38
3.5電性量測..................39
3.5.1塊材電阻率量測............ 39
3.5.2薄膜電阻率量測............. 43
3.5.3霍爾量測................ 44
第四章 結果與討論
4.1塊材樣品結構與成分分析...........47
4.1.1塊材(Bulk)X-ray繞射分析........ 47
4.1.2塊材(Bulk) EDS成份分析.........50
4.2薄膜樣品之成長參數與結構、成份分析.....51
4.3塊材與薄膜樣品之傳輸特性..........58
4.3.1塊材樣品之傳輸特性.......... 59
4.3.2薄膜樣品之傳輸特性.......... 65
4.4塊材樣品之熱電特性.............72
第五章 結論......................77
參考文獻........................78

圖目錄

圖1.1鈦酸鍶(SrTiO3)晶格結構圖..............1
圖1.2 Sr1-xLaxTiO3之溫度對電阻率關係圖.......... 5
圖1.3 Sr1-xLaxTiO3之載子遷移率與溫度關係圖........ 6
圖1.4 Sr1-xLaxTiO3之導電性與氧分壓關係圖......... 6
圖1.5鈦酸鍶摻鑭、鈦酸鍶摻鈮之溫度對導率、溫度對載子遷移率及溫度與載子濃度關係圖............... 7
圖1.6 Sr1-xLaxTiO3之摻雜量與晶格常數關係圖........ 7
圖1.7摻雜量與電阻率變化、載子濃度與溫度關係圖..... 8
圖1.8摻鑭鈦酸鍶之熱電性質............... 8
圖1.9鈦酸鍶摻鑭、鈦酸鍶摻鈮之熱電優值對溫度圖..... 9
圖1.10 Sr1-xLaxTiO3之室溫熱電優值與Seebeck對溫度關係圖.. 9
圖1.11 STO (100)晶格旋轉45o後與Si(100)的晶格...... 11
圖2.1電阻率特徵電阻量測................13
圖2.2四點量測示意圖.................. 14
圖2.3電子載子於導體內受力方向和傳輸行為........15
圖2.4布拉格晶格繞射示意圖...............18
圖2.5 (a) α-step 量測示意圖(b) α-step實驗儀器....... 19
圖2.6 Seebeck效應示意圖................ 21
圖2.7 Peltier效應示意圖................. 22
圖2.8 Thomson效應示意圖................ 22
圖2.9熱傳導係數與Seebeck係數量測示意圖........ 24
圖3.1實驗流程圖.................... 26
圖3.2第一次燒結時間示意圖............... 27
圖3.3高溫電性實驗爐。(a)加熱器 (b)POWER (c)擺放樣品處.. 28
圖3.4第二次燒結時間示意圖............... 29
圖3.5 樣品形狀與尺寸其示意圖.............. 29
圖3.6 拋光機實照圖................... 30
圖3.7高溫爐管..................... 31
圖3.8濺鍍實驗裝置圖與實際機台............. 32
圖3.9實驗流程圖.................... 33
圖3.10薄膜典型四點量測示意圖L:跨壓距離。W:薄膜線寬。d:薄膜厚度。.................... 35
圖3.11圖(a)為本實驗所用之XRD系統。圖(b)為內部裝置圖.. 36
圖3.12(a)掃描式電子顯微鏡(SEM) (b)成分分析儀(EDS) ... 37
圖3.13樣品幾何形狀的選擇............... 40
圖3.14電阻對溫度量測系統............... 41
圖3.15霍爾量測裝置.................. 46
圖3.16霍爾接線示意圖................. 46
圖4.1 Sr1-xLaxTiO3塊材XRD圖.............. 48
圖4.2 Sr1-xLaxTiO3塊材晶格常數圖............. 49
圖4.3 Sr1-xLaxTiO3塊材典型元素分析圖........... 50
圖4.4不同成長壓力下Sr1-xLaxTiO3 / Si薄膜XRD圖..... 52圖4.5不同成長溫度下Sr1-xLaxTiO3 / Si薄膜XRD圖..... 53
圖4.6 RF功率調控Sr1-xLaxTiO3其摻La比例圖....... 55
圖4.7 Sr1-xLaxTiO3 / Si薄膜典型元素分析圖......... 55
圖4.8 Sr1-xLaxTiO3 / Si薄膜XRD圖............. 57
圖4.9 Sr1-xLaxTiO3 / Si薄膜晶格常數圖........... 58
圖4.10 Sr1-xLaxTiO3塊材之溫度對電阻率圖......... 59
圖4.11 Sr1-xLaxTiO3塊材載子濃度圖............ 62
圖4.12 Sr0.95 La0.05TiO3塊材SEM圖(a)未退火(b)退火24小時(c)退 火48小時(d)退火72小時.............. 62
圖4.13 Sr0.95 La0.05TiO3塊材不同退火時間之載子濃度變化、室溫電阻率變化圖.................... 63
圖4.14 Sr1-xLaxTiO3塊材SEM(a)x=0.02(b)x=0.03(c)x=0.05(d)x=0.07 (e)x=0.1(f)x=0.2(g)x=0.3.............. 64
圖4.15 Sr0.933 La0.067TiO3 / STO薄膜其電阻率對溫度作圖.... 66
圖4.16 Sr0.912 La0.088TiO3 / STO薄膜其電阻率對溫度作圖.... 67
圖4.17 Sr0.896 La0.104TiO3 / STO薄膜其電阻率對溫度作圖.... 67
圖4.18 Sr0.884 La0.116TiO3 / STO薄膜溫度對電阻率作圖..... 68
圖4.19 Sr0.835 La0.165TiO3 / STO薄膜溫度對電阻率作圖..... 68
圖4.20 Sr0.962 La0.038TiO3 / STO薄膜不同退火時間之電阻率變化與載子濃度對溫度關係圖............... 69
圖4.21 Sr1-x LaxTiO3 / STO薄膜SEM圖(a)x=0.067(b)x=0.088 (c)x=0.104(d)x=0.1169(e)x=0.165........... 69
圖4.22 Sr1-x LaxTiO3 / STO薄膜XRD圖........... 70
圖4.23 Sr1-xLaxTiO3 / STO薄膜退火12小時其電阻率對溫度平方作圖........................ 71
圖4.24 Sr1-xLaxTiO3 / STO薄膜退火24小時其電阻率對溫度平方作圖........................ 71
圖4.25 Sr1-xLaxTiO3塊材Seebeck係數對溫度作圖...... 75
圖4.26 Sr1-x Lax TiO3塊材熱傳導係數對溫度作圖....... 75
圖4.27 Sr1-xLaxTiO3塊材熱電優值對溫度作圖......... 76


表目錄

表3.1實驗粉末..................... 25
表3.2塊材樣品摻雜比例與尺寸..............31
表4.1射頻產生器輸出功率與La摻雜量、薄膜厚度之關係.. 56
表4.2 Sr1-xLaxTiO3塊材摻雜不同La比例之載子濃度..... 61
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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