Structure and low temperature electrical properties of LaCoO3 perovskite thin film produced by PLD technique

• Autorzy: Cieniek Ł. , Kusiński J.

Warianty tytułu

PL

Struktura i niskotemperaturowe własności elektryczne cienkiej warstwy perowskitu LaCoO3 wytworzonej techniką PLD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

LaCoO3 perovskite thin films were deposited by pulsed laser deposition technique (PLD) on non-heated Si and MgO single crystal substrates. In the first stage the reactive grinding technique (~22 h milling) was applied for production of LaCoO3 nanopowder used afterwards for the preparation of the high quality target (cold pressing and sintering). Thin LaCoO3 films were produced by pulse Powerlite Precision II 9010 DLS Nd:YAG laser working with Neocera's Pioneer 180 ablation chamber with the following parameters: laser wavelength 266 nm, pulse energy ~90 mJ, pulse duration 5÷9 ns, number of shots 37 500 at 10 Hz repetition rate. The change of the substrate material resulted in apparent differences in the surface topography and structures of obtained thin films. The microstructure, chemical/phase composition and morphology of prepared thin films were examined by means of diverse techniques (SEM, TEM, EDS and XRD). For the surface topography observations of thin films the atomic force microscopy (AFM Tapping Mode) was applied. Scratch tests were also perfonned to evaluate the adhesion of perovskite films. In the final step, the measurements of the low temperature electrical conductivity of LaCoO3 thin film deposited on the MgO substrate were carried out. In the analyzed temperature range (801310 K) studied LaCoO3 thin film exhibits p-type semiconductor properties with the change in the concentration of charge carriers clearly marked on the conductivity-temperature curve.

PL

Cienkie warstwy perowskitu LaCoO3 wytworzono techniką ablacji laserowej (impulsową wiązką lasera) na monokrystalicznych podłożach Si oraz MgO bez wstępnego ich podgrzewania. W pierwszym etapie badań wykorzystano technikę reaktywnego mielenia (22 h proces mechanicznego stopowania) do wytworzenia nanoproszku LaCoO3, z którego następnie otrzymano wysokiej jakości target przez połączone zabiegi prasowania na zimno i spiekania. Cienkie warstwy LaCoO3 otrzymano, wykorzystując impulsową wiązkę lasera Nd:YAG Powerlite Precision II 9010 DLS sprzężonego z komorą próżniową Pioneer 180 firmy Neocera, przy następujących parametrach procesu: długość fali promieniowania laserowego 266 nm, energia pojedynczego impulsu ~90 mJ, czas trwania impulsu 5÷9 ns, liczba strzałów 37 500 dla częstotliwości powtórzeń 10 Hz. Zmiana materiału podłoża w procesie depozycji skutkowała wyrażnymi zmianami struktury i topografii powierzchni otrzymanych warstw. Mikrostrukturę, skład chemiczny i fazowy oraz morfologię wytworzonych cienkich warstw analizowano z wykorzystaniem różnych technik badawczych (SEM, TEM, EDS oraz XRD). Mikroskopię sił atomowych (AFM w trybie tapping) zastosowano do oceny topografii ich powierzchni. Przeprowadzono ponadto testy zarysowań pozwalające na oszacowanie adhezji cienkich warstw LaCoO3 do podłoży. W końcowym etapie przeprowadzono eksperymentalne pomiary przewodności elektrycznej właściwej w zakresie niskiej temperatury dla cienkiej warstwy LaCoO3 wytworzonej na podłożu MgO. W analizowanym zakresie temperatury (801310 K) badana cienka warstwa LaCoO3 wykazuje własności klasycznego półprzewodnika dziurowego (typu p) z wyraźnie zaznaczonym punktem przegięcia na krzywej przewodność-temperatura, świadczącym o ewidentnej zmianie stężenia nośników ładunków.

Słowa kluczowe

EN

LaCoO3 perovskite; thin films; pulsed laser deposition; low temperature electrical conductivity

PL

perowskit LaCoO3; cienkie warstwy; ablacja laserowa; niskotemperaturowe własności elektryczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 4
• Strony: 253--256
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cieniek Ł.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Kusiński J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Bibliografia

• [1] Matei C., Berger D., Marote P., Stoleriu S., Deloume J.: Lanthanum- based perovskites obtained in molten nitrates or nitrites. Progress in Solid State Chemistry 35 (2007) 203 ÷209.
• [2] Kleveland K., Orlovskaya N., Grande T., Moe A. M. M., Einarsrud M. A., Breder K., Gogotsi G.: Ferroelastic behaviour of LaCoO3 based ceramics. Journal of the American Ceramic Society 84 (2001) 2029÷2033.
• [3] Guo J., Lou H., Zhu Y., Zheng X.: La-based perovskite precursors preparation and its catalytic activity for CO2 reforming of CH4. Materials Letters 57 (2003) 4450÷4455.
• [4] Anzai M., Kawakami H., Saito M., Yamamura H.: Thermoelectric properties of p-type perovskite compounds LaCoO3 systems containing the A-site vacancy. Symposium 9C: Ceramics for Electricity, Materials Science and Engineering 18 (2011) 142005.
• [5] Shong W. J., Liua Ch-K., Chenb Ch-Y., Penga Ch.-Ch., Tub H.-J., Feyb G. T., Leea R. Y., Kaoc H.-M.: Effects of lanthanum-based perovskite coatings on the formation of oxide scale for ferritic SOFC interconnect. Materials Chem. and Phys. 127 (1-2) (2011) 45÷50.
• [6] Ghasdi M., Alamdari H.: CO sensitive nanocrystalline LaCoO3 perovskite sensor prepared by high energy ball milling. Sensors and Actuators B: Chemical 148 (2) (2010) 478÷485.
• [7] Biernacki S. W.: Temperature-induced spin-state transitions in LaCoO3: A two-level model. Physical Review B 74 184420 (2006).
• [8] Orlovskaya N., Lugovy M., Pathak S., Steinmetz D., Lloyd J., Fegely L., Radovic M., Payzant E. A., Lara-Curzio E., Allard L. F., Kuebler J.: Thermal and mechanical properties of LaCoO3 and La0.8Ca0.2CoO3 perovskites. Journal of Power Sources 182 (2008) 230÷239.
• [9] Petrov A. N., Cherepanov V. A., Novitskii E. M., Zhukovskii V. M.: System La-Co-O. Russ. J. Phys. Chem. (Engl. Transl.) 58 (1984) 1618÷1621.
• [10] Cieniek L., Kusiński J.: Microstructural investigations of Ca and La doped CoO thin films prepared by pulsed laser deposition technique. Solid State Phenomena 186 (2012) 168÷171.
• [11] Radziszewska A., Kąc S., Feuerbacher M.: Nanostructured thin films ß-Al-Mg obtained using PLD technique. Acta Physica Polonica A 117 (5) (2010) 799÷802.
• [12] Cieniek L., Kąc S.: lnfluence of Ca content on the structure and properties of (Co, Ca)O thin films deposited by PLD technique. Acta Physica Polonica 117 5 (2010) 803÷807.
• [13] Senaris-Rodriguez M. A. and Goodenough J. B.: LaCoO3 Revisited. Journal of Solid State Chemistry 116 (1995) 224÷231.