脉冲激光沉积法制备单晶氧化钴薄膜的相控生长研究

这篇研究通过脉冲激光沉积(PLD)技术，系统探究了氧分压和衬底温度对CoO和Co3O4薄膜相态调控的影响机制。研究发现STO(001)衬底上氧分压2×10?2Pa至0.5Pa为相变阈值区间，而MgO(001)衬底在500°C时优先稳定CoO相，为功能性氧化物薄膜的可控制备提供了重要参数依据。

　　

实验方法

采用脉冲激光沉积(PLD)系统，使用248nm波长的Coherent ComPEX 205F激光器，以3Hz重复频率和30ns脉宽进行沉积。所有薄膜沉积参数固定为550mJ激光能量、8J/cm²能量密度及15,000次脉冲，采用商用Co₃O₄靶材。

钴氧化物薄膜在SrTiO₃(001)上的生长

STO(001)与CoO(001)的晶格失配达-7.8%，与Co₃O₄(001)更达-9.4%。研究发现在500°C衬底温度下，通过调节氧分压(1×10^?3Pa至5Pa)可实现相态调控：低氧分压促进CoO形成，而较高氧分压有利于Co₃O₄生成。

结论

本研究成功在MgO(001)和STO(001)衬底上外延生长钴氧化物薄膜，揭示氧分压2×10^?2Pa至0.5Pa是STO衬底上CoO/Co₃O₄相变的关键阈值区间，而MgO衬底在高温下对CoO相具有稳定作用。