一种镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结，包括柔性衬底以及至少一层依次铺覆于柔性衬底上的自支撑镧锶锰氧薄膜和自支撑掺铝氧化锌薄膜；或者，包括柔性衬底以及至少一层依次铺覆于柔性衬底上的自支撑掺铝氧化锌薄膜和自支撑镧锶锰氧薄膜。不仅解决前述背景技术中提到的垂直氧化物异质结制备过程中薄膜难于直接生长和转移以及与柔性衬底兼容差等问题，还最大程度避免了直接按顺序外延生长不同薄膜时不同薄膜间晶格失配的问题，对不同材料之间的晶格参数匹配度不做过高要求，提高了柔性薄膜异质结的质量。提高了柔性薄膜异质结的质量。提高了柔性薄膜异质结的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结及其制备方法。

技术介绍

[0002]薄膜半导体异质结是一类应用十分广泛的器件，它是通过将不同种类的功能材料薄膜在水平方向或垂直方向堆叠而形成的结构。此类器件可将不同种类薄膜材料的特性灵活加以组合利用，并往往具有相互掺杂/扩散等效应，因而在发光组件、二极管、高迁移率晶体管乃至光催化等领域具有广泛的应用和研究价值。在构建此类器件过程中，功能氧化物材料以其丰富的功能、易于进行掺杂调控等特点而得到了广泛研究。同时，近年来，将薄膜材料与柔性衬底进行整合得到的柔性器件也愈发成为一大研究热点。此类柔性器件可在传统的光、电、磁场之外提供额外的应力场对薄膜材料进行调控，并适应更为宽泛的应用场景。因此，功能氧化物薄膜柔性异质结也必将拥有广泛的研究和应用价值。然而，使用功能氧化物薄膜构筑柔性异质结多受制于制备过程。首先，在依次生长不同薄膜的过程中，不同氧化物间存在的晶格失配、生长工艺差别大等特点极易破坏氧化物晶体结构，进而影响异质结性能。其次，在柔性衬底表面构筑功能氧化物薄膜柔性异质结时，现存的沉积/转移技术难以在保持氧化物晶体结构不被破坏的同时，自由调整不同氧化物薄膜组分的堆叠次序，从而限制了此类薄膜异质结的进一步开发和应用。
[0003]镧锶锰氧是一种高性能、用途广、易于调控的钙钛矿结构氧化物。它是一种p型半导体，具有广泛的电、磁学特性，如庞磁电阻效应、较高的居里温度、良好的电磁输运特性和自旋
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轨道耦合特性等。同时，作为一种钙钛矿结构的功能氧化物，锶元素可对位于晶格a位点的镧元素进行掺杂，从而改变镧/锶两种元素的比例，进而调控费米能级附近的空穴载流子浓度以调整性能。这些特性为镧锶锰氧材料在磁性存储、磁场感应、晶体管制造等领域赋予了极佳前景。另一方面，通过向本来绝缘的氧化锌中掺杂一定数量的铝元素，可使氧化锌中产生氧空位和锌填隙离子。利用这种方法得到的掺铝氧化锌材料是一种n型半导体，具有优秀的光电性能，如较高的导电性、较高的可见光透过率、较高的红外反射率等。同时，此类材料也由于储量丰富、价格低廉而被广泛应用于底电极、各类玻璃镀层等。
[0004]将镧锶锰氧和掺铝氧化锌相结合以制备垂直异质结，无疑是将前者的电、磁特性与后者的光、电特性进行互补，以构筑多场响应器件的绝佳办法。目前，制备此类垂直异质结的主要使用脉冲激光沉积，分子束外延等技术在特定衬底上依次镀膜从而直接构筑垂直异质结。然而，前述两种技术依赖于原子在晶格上的有序外延生长，因此需要不同材料之间的晶格参数高度匹配。除了前述问题，两者之间的晶格失配也对直接构筑垂直异质结的巨大挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的问题，而提供一种镧锶锰氧/掺铝氧化锌
柔性薄膜异质结及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
[0007]一种镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结，其特殊之处在于：包括柔性衬底以及至少一层依次铺覆于柔性衬底上的自支撑镧锶锰氧薄膜和自支撑掺铝氧化锌薄膜；或者，包括柔性衬底以及至少一层依次铺覆于柔性衬底上的自支撑掺铝氧化锌薄膜和自支撑镧锶锰氧薄膜。即该镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结由柔性衬底与铺覆于柔性衬底上的自支撑镧锶锰氧薄膜和自支撑掺铝氧化锌薄膜三者构成。并且柔性薄膜异质结中自支撑镧锶锰氧薄膜置于自支撑掺铝氧化锌薄膜上方或下方均可，可在柔性衬底上间隔铺覆多层自支撑镧锶锰氧薄膜和自支撑掺铝氧化锌薄膜；也就是说自支撑镧锶锰氧薄膜和自支撑掺铝氧化锌薄膜两种薄膜的层数、堆叠顺序可任意调整。此处的自支撑体主要现在薄膜为外延生长于特定基片表面，剥离后与周围环境基本仅有范德华力等较微弱的作用相连接。
[0008]进一步地，所述自支撑镧锶锰氧薄膜中镧、锶、锰、氧四种元素摩尔比为镧∶锶∶锰∶氧＝1
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x∶x∶1∶3(0<x<1)；
[0009]所述自支撑掺铝氧化锌薄膜中锌和铝两种元素摩尔比为y∶1(1<y<100)，优选24∶1。
[0010]进一步地，其厚度为30
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1000nm，
[0011]其中，自支撑镧锶锰氧薄膜厚度为20
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600nm，自支撑掺铝氧化锌薄膜厚度为20
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600nm。
[0012]进一步地，自支撑镧锶锰氧薄膜与自支撑掺铝氧化锌薄膜两者间接触区域形状和大小可根据需要调整，比如：重叠区域面积可在1
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25mm2调整；柔性衬底的尺寸大于自支撑镧锶锰氧薄膜与自支撑掺铝氧化锌薄膜的尺寸。
[0013]进一步地，所述柔性衬底的材质为聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等具有可逆形变的高弹性、柔性聚合物材料中的任一种或几种的复合材料。
[0014]本专利技术还提供了上述镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0015]1)制备自支撑镧锶锰氧薄膜
[0016]1.1)在钛酸锶衬底上依次沉积氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层；
[0017]1.2)在步骤1.1)中沉积有氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层的钛酸锶衬底上生长镧锶锰氧层；
[0018]1.3)向步骤1.2)生长的镧锶锰氧层表面旋涂(一般间隔多次进行旋涂)含有聚甲基丙烯酸甲酯的有机溶液，得到衬底
‑
薄膜；
[0019]1.4)取下步骤1.3)得到的衬底
‑
薄膜，并刮去其边缘的有机物(可以采用小刀手工轻轻刮除)，烘干；
[0020]1.5)将步骤1.4)烘干后的衬底
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薄膜置于去离子水中，待氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层溶解后，镧锶锰氧薄膜黏附于聚甲基丙烯酸甲酯薄膜底部，得到漂浮于水面的镧锶锰氧
‑
聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；
[0021]1.6)将镧锶锰氧
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聚甲基丙烯酸甲酯薄膜捞起并铺覆于柔性衬底表面，自然干燥，得到柔性衬底
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镧锶锰氧
‑
聚甲基丙烯酸甲酯材料体系；
[0022]1.7)将步骤1.6)得到的柔性衬底
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镧锶锰氧
‑
聚甲基丙烯酸甲酯材料体系置于有机溶剂中浸泡去除聚甲基丙烯酸甲酯，得到铺覆于柔性衬底上的自支撑镧锶锰氧薄膜；
[0023]2)制备镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结
[0024]2.1)在钛酸锶衬底上先后沉积氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层。
[0025]2.2)在步骤2.1)中沉积有氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层的钛酸锶衬底上生长掺铝氧化锌层；
[0026]2.3)向步骤2.2)生长的掺铝氧化锌层表面旋涂(一般间隔多次进行旋涂)含有聚甲基丙烯酸甲酯的有机溶液，得到衬底
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结，其特征在于：包括柔性衬底以及至少一次依次铺覆于柔性衬底上的自支撑镧锶锰氧薄膜和自支撑掺铝氧化锌薄膜；或者，包括柔性衬底以及至少一层依次铺覆于柔性衬底上的自支撑掺铝氧化锌薄膜和自支撑镧锶锰氧薄膜。2.根据权利要求1所述镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结，其特征在于：所述自支撑镧锶锰氧薄膜中镧、锶、锰、氧四种元素摩尔比为镧∶锶∶锰∶氧＝1
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x∶x∶1∶3(0<x<1)；所述自支撑掺铝氧化锌薄膜中锌和铝两种元素摩尔比为y∶1(1<y<100)。3.根据权利要求1或2所述镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结，其特征在于：其厚度为30
‑
1000nm，其中，自支撑镧锶锰氧薄膜厚度为20
‑
600nm，自支撑掺铝氧化锌薄膜厚度为20
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600nm。4.根据权利要求3所述镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结，其特征在于：自支撑镧锶锰氧薄膜与自支撑掺铝氧化锌薄膜两者间接触区域形状和大小可根据需要调整。5.根据权利要求4所述镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结，其特征在于：所述柔性衬底的材质为聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一种或几种的复合材料。6.权利要求1
‑
5任一所述镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备自支撑镧锶锰氧薄膜1.1)在钛酸锶衬底上依次沉积氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层；1.2)在步骤1.1)中沉积有氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层的钛酸锶衬底上生长镧锶锰氧层；1.3)向步骤1.2)生长的镧锶锰氧层表面旋涂含有聚甲基丙烯酸甲酯的有机溶液，得到衬底
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薄膜；1.4)取下步骤1.3)得到的衬底
‑
薄膜，并刮去其边缘的有机物，烘干；1.5)将步骤1.4)烘干后的衬底
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薄膜置于去离子水中，待氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层溶解后，得到漂浮于水面的镧锶锰氧
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聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；1.6)将镧锶锰氧
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聚甲基丙烯酸甲酯薄膜捞起并铺覆于柔性衬底表面，自然干燥，得到柔性衬底
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镧锶锰氧
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聚甲基丙烯酸甲酯材料体系；1.7)将步骤1.6)得到的柔性衬底
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镧锶锰氧
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聚甲基丙烯酸甲酯材料体系置于有机溶剂中浸泡去除聚甲基丙烯酸甲酯，得到铺覆于柔性衬底上的自支撑镧锶锰氧薄膜；2)制备镧锶锰氧/掺铝氧化锌柔性薄膜异质结2.1)在钛酸锶衬底上先后沉积氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层；2.2)在步骤2.1)中沉积有氧化钡牺牲层和氧化锶铝牺牲层的钛酸锶衬底上生长掺铝氧化锌层；2.3)向步骤2.2)生长的掺铝氧化锌层表面旋涂含有聚甲基丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：金克新，尹航，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：