【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，尤其涉及一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、在半导体器件的研究中，电极材料对器件性能起着至关重要的作用。电极是半导体器件中用于引入或提取电荷的关键组成部分，因此其性能直接影响着器件的电学性能、稳定性和可靠性。其中，钙钛矿电极材料的载流子迁移率大，使得电流在材料中的传导能力强，提高了器件的电导性能，从而提升了器件的整体效率。另外，钙钛矿电极材料能与钙钛矿结构半导体之间外延形成良好的界面，这种完美的接触界面能够减小接触电阻，有助于电子的有效注入和提取。这种载流子迁移率大、界面质量好、化学稳定性高以及合成方法简单等优点，使得钙钛矿电极材料在半导体器件领域具有广阔的应用前景。而在诸多钙钛矿结构的电极材料中，la0.7sr0.3mnox(lsmo) 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，具有交换偏置效应、室温铁磁金属性、庞磁阻效应与金属绝缘体转变等物理性质。特别的是，lsmo具有与常用钙钛矿衬底非常相近的晶格常数，使之不仅可作为电极材料，还可以作为缓冲层使得功能层可以沿特定取向生长，减少器件整体缺陷。与其他常用的钙钛矿材料(如srruo3)相比，在室温下，镧锶锰氧材料中的氧活跃程度更低，稳定性更高。另外，la0.7sr0.3mno3具有很高的氧亲合能，使得非化学计量比的高电阻结构la0.7sr0.3mno3-δ倾向于吸收氧而转变成完全氧化学计量比的低电阻la0.7sr0.3mno3，这种稳定且更倾向于转变为低阻态的特性，使得lsmo可作为一种电极材料而
2、在现有技术中，对于在钙钛矿衬底上外延生长的lsmo电极而言，随着氧压的提高，薄膜电阻会减小，但氧压过高造成真空度过低也不利于薄膜的结晶，使得电极电阻变化不明显甚至出现电阻值增大的现象。目前，对于一些半导体器件而言，如忆阻器领域，其中常用的lsmo电极电阻很高，一般在几十kω的数量级，而一些忆阻器件的低电阻阻值一般在几kω到几十kω之间，这种较高的电极电阻会显著提高器件的低电阻阻值，从而极大地影响忆阻器件的开关比。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜及其制备方法，以解决现有技术中镧锶锰氧电极薄膜的电阻较大、薄膜结晶不良的问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：第一方面，本专利技术提供了一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、通过激光照射镧锶锰氧靶材使其产生等离子体羽辉，在衬底上进行镧锶锰氧薄膜的沉积，原位监测沉积过程中的真空度变化；
4、s2、保持真空腔室内温度和气压不变，对衬底进行原位退火，使镧锶锰氧薄膜中的氧离子在晶格中重新排列形成氧空位，所述镧锶锰氧电极薄膜呈现类晶格条纹；
5、s3、保持真空腔室内温度不变，增加腔内气压，对衬底进行后退火，随着腔内气压的升高，镧锶锰氧电极薄膜表面的氧离子迁移并填充氧空位，镧锶锰氧层的晶格结构由缺氧状态转为富氧状态，镧锶锰氧电极薄膜的类晶格条纹消失，待薄膜自然冷却至25~27℃后，停止通入气体，得到低电阻的镧锶锰氧电极薄膜。
6、具体地，步骤s1中，通过激光照射靶材产生等离子体羽辉，促使镧锶锰氧靶材蒸发并沉积到衬底表面，同时，实时监测沉积过程中的真空度变化可帮助控制沉积速率和薄膜厚度，从而控制薄膜的厚度和均匀性。步骤s2中，在一定的温度和氧压条件下进行原位退火，可以使薄膜中的氧离子在晶格中重新排列，从而调节薄膜的晶体结构和氧含量，提高薄膜结晶度，减少晶界和缺陷，从而提高薄膜的稳定性和性能。步骤s3中，然后再保持真空腔室内温度不变的前提下，通过提高腔内气压进行后退火，可以调节薄膜中的氧含量，并优化薄膜的氧化状态，促进薄膜电学性能的提高，降低电阻，提高导电性能。与直接在高氧压下生长相比，本专利技术的方法避免了薄膜结晶不良和电阻较高的问题，通过先进行原位退火提高薄膜的结晶度，再进行高氧压后退火优化薄膜的氧化状态，可以获得具有优良电学性能和结晶质量的镧锶锰氧薄膜。
7、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1中在进行沉积前，还包括：向真空腔室内通入氧气，分别对衬底和镧锶锰氧靶材进行预处理以清洗衬底和靶材表面，所述衬底和镧锶锰氧靶材的间距为50~60mm。
8、在以上技术方案的基础上，优选的，衬底的预处理包括将衬底加热至500~750℃，升温速率为20~30℃/min，真空腔室的气压≤10-7mbar。
9、进一步地，在对衬底进行加热之前，还包括对衬底进行清洗，即依次采用丙酮、乙醇和去离子水对衬底进行清洗，通过采用有机溶剂清洗可有效去除衬底表面的有机和无机杂质，保证衬底表面的洁净度和光滑度。对衬底进行加热，有利于提高薄膜的结晶度和致密性，减少缺陷和晶界，从而提高薄膜的稳定性和性能；同时控制真空腔室的气压≤10-7 mbar可以有效减少气体和杂质对沉积薄膜的干扰，提高薄膜的纯度和质量。
10、在以上技术方案的基础上，优选的，镧锶锰氧靶材的预处理包括对镧锶锰氧靶材进行预溅射处理，所述预溅射处理的激光频率为1~10hz，激光强度为100~500mj，溅射时间为5~25min，真空腔室气压为5×10-2~3×10-1mbar。
11、通过预溅射处理，不仅可以在靶材表面形成一定的晶界和缺陷，从而增加靶材表面的活性，促进薄膜结晶度和致密性的提高；同时通过预溅射处理对靶材表面进行清洗，可防止靶材表面可能存在的杂质被转移到衬底上，进而影响薄膜质量。
12、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1中，沉积过程中的激光频率为1~10 hz，激光能量为100~500mj，沉积时间为0.5~3h，真空腔室的温度为500~750℃，气压为5×10-2~3×10-1mbar。
13、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2中，真空腔室内的温度为500~750℃，气压为5×10-2~3×10-1mbar，时间为5~30min。
14、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s3中，真空腔室内的温度为500~750℃，气压为10~102mbar，时间为5~30min。
15、原位退火过程中，以低气压进行退火，有利于减少薄膜表面的气体分子数，从而减少气体分子在薄膜表面的吸附，提高薄膜的质量和稳定性。在后退火过程中，提高气压进行退火，可以在薄膜表面形成一定的氧化层，提高薄膜的稳定性和耐腐蚀性；同时，较高的气压有助于促进氧分子在薄膜表面的吸附和扩散，从而有利于形成均匀的氧化层。但若气压过高会导致氧分子在薄膜表面吸附和扩散不充分，进而影响薄膜质量。后退火过程中，需保持温度不变，若温度变化会影响薄膜中的晶体结构和相变过程，进而影响薄膜性能。
16、第二方面，本专利技术提供了一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜，包括衬底层和电极薄膜层，所述电极薄膜层为纯相la0.7sr0.3mno3，所述电极薄膜层的厚度为20~100nm。
17、电极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中在进行沉积前，还包括：向真空腔室内通入氧气，分别对衬底和镧锶锰氧靶材进行预处理以清洗衬底和靶材表面，所述衬底和镧锶锰氧靶材的间距为50~60mm。
3.如权利要求2所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：衬底的预处理包括将衬底加热至500~750℃，升温速率为20~30℃/min，真空腔室的气压≤10-7 mbar。
4.如权利要求2所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：镧锶锰氧靶材的预处理包括对镧锶锰氧靶材进行预溅射处理，所述预溅射处理的激光频率为1~10Hz，激光强度为100~500mJ，溅射时间为5~25min，真空腔室气压为5×10-2~3×10-1mbar。
5.如权利要求1所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，沉积过程中的激光频率为1~10 Hz，激光能量为100~500mJ，沉积时间为0.5~3h
6.如权利要求1所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，真空腔室内的温度为500~750℃，气压为5×10-2~3×10-1mbar，时间为5~30min。
7.如权利要求1所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S3中，真空腔室内的温度为500~750℃，气压为10~102 mbar，时间为5~30min。
8.一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜，其特征在于：所述镧锶锰氧电极薄膜采用如权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到，所述镧锶锰氧电极薄膜包括衬底层和电极薄膜层，所述电极薄膜层为纯相La0.7Sr0.3MnO3，所述电极薄膜层的厚度为20~100nm。
9.如权利要求8所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜，其特征在于：所述衬底层的晶向为<100>、<110>或<111>方向，所述电极薄膜层的晶向为<100>、<110>或<111>方向。
10.如权利要求8所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜，其特征在于：所述衬底层为纯相LaAlO3、(LaAlO3) 0.3–(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7、SrTiO3、DyScO3和KTaO3中的任意一种。
...【技术特征摘要】
1.一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：步骤s1中在进行沉积前，还包括：向真空腔室内通入氧气，分别对衬底和镧锶锰氧靶材进行预处理以清洗衬底和靶材表面，所述衬底和镧锶锰氧靶材的间距为50~60mm。
3.如权利要求2所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：衬底的预处理包括将衬底加热至500~750℃，升温速率为20~30℃/min，真空腔室的气压≤10-7 mbar。
4.如权利要求2所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：镧锶锰氧靶材的预处理包括对镧锶锰氧靶材进行预溅射处理，所述预溅射处理的激光频率为1~10hz，激光强度为100~500mj，溅射时间为5~25min，真空腔室气压为5×10-2~3×10-1mbar。
5.如权利要求1所述的一种低电阻的镧锶锰氧电极薄膜的制备方法，其特征在于：步骤s1中，沉积过程中的激光频率为1~10 hz，激光能量为100~500mj，沉积时间为0.5~3h，真空腔室的温度为500~750℃，气压为5×10-2~3×10-1mbar。
6.如权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：程伟明，张润青，苏睿，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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