本发明专利技术公开了一种透明外延ｐ－ｎ异质结薄膜及其制备方法。该薄膜，包括作为单晶衬底基片的ＳｒＴｉＯ３和位于单晶衬底基片之上的ＬａｘＳｒ１－ｘＳｎＯ３外延薄膜及位于所述ＬａｘＳｒ１－ｘＳｎＯ３外延薄膜之上的下述两外延薄膜中的任意一种：ＰｂＺｒ０．５２Ｔｉ０．４８Ｏ３外延薄膜和ＢｉＦｅＯ３外延薄膜；ＬａｘＳｒ１－ｘＳｎＯ３外延薄膜中，０．０３≤ｘ≤０．０７。本发明专利技术提供的ｐ－ｎ异质结薄膜，各层薄膜均具有很好的单晶外延性且均为钙钛矿结构，不仅具有很好的整流特性，而且整个器件在光波长４００－２５００ｎｍ（ｐ层为ＰＺＴ）、５００－２５００ｎｍ（ｐ层为ＢＦＯ）范围内具有高的透过率；ｐ层材料（ＰＺＴ，ＢＦＯ）同时也是铁电材料，其中ＢＦＯ在具有铁电性的同时还具有反铁磁性，在半导体器件的应用中会有更大的潜力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于单晶薄膜电子器件
，特别涉及一种透明外延p-n异质结薄膜 及其制备方法。
技术介绍
根据《半导体器件物理与工艺》第2版(Semiconductor Devices :Physics andTechnology，2nd ed.) (S. M. Size, Wiley，New， York, 2002)介绍，半导体器件的制备和研 究已经有了 125年的历史，自1998年开始，以半导体器件为基础核心的电子工业已发展成 为世界上规模最大的产业。大约有60种主要的原型器件和100多种衍生器件被设计和制 造出来，在这些器件中，p-n结和异质结是2种最基本的单元和组成部分。 根据英国《自然》杂志(Nature 389， 907-908， 1997)禾P美国《科学》杂志 (Science300， 1245-1246， 2003)报道，透明导电氧化物(TC0)薄膜既具有电学上的导电性、 同时也具有光学视觉上的透明性，使得透明电路在军事、工业以及民用产业上有巨大的应 用前景。 根据美国《应用物理学快报》(A卯l. Phys. Lett. 92， 102113,2008)报道，由于f丐钛 矿结构氧化物具有丰富的物理性质(如铁电性，铁磁性等)，基于钙钛矿结构的P-n异质 结在半导体器件
中巨大的应用潜力而被得到广泛研究。 所以制备高质量且具有钙钛矿结构的透明外延薄膜p-n异质结对于探索和开发 新型半导体薄膜器件具有重要的现实意义。 根据英国《自然》(Nature 389，939-942， 1997)报道，p型导电半导体材料很多，但 是P型透明导电材料十分匮乏，迄今为止，投入实际生产应用的TC0薄膜基本全是n型半导 体薄膜，在半导体器件的应用中只能作为无源器件如光学涂层或者透明电极来使用。因 此，寻找性能优异的P型TC0材料对于制备真正的半导体透明器件具有十分重要的意义。 根据美国《应用物理学快报》(App1. Phys. Lett. 83， 5506-5508， 2003)报道，钙钛矿 结构的锆钛酸铅(PbZr。.52Ti。.4803^P PZT)铁电薄膜由于其在非挥发性动态铁电存贮器中巨 大的应用前景被深入广泛研究。根据美国《科学》杂志(Science 299， 1719-1722， 2003)报 道，f丐钛矿结构的铁酸铋(BiFe03，即BF0)因为是目前唯一一个在室温下具有多铁性(同时 具有铁电性和反铁磁性的)的材料而备受世界上的科研工作者关注。 根据美国《物理学评论B》(Phys. Rew. B，59， 11257-11266， 1999)禾口《应用物理学快 报》(A卯l. Phys. Lett. 92， 102113-102115)报道，当铁电薄膜(如PZT和BF0)的厚度降低 到一定的程度，由于氧空位和离子扩散等原因，其内部存在着比较大的载流子浓度，可以被 当做P型半导体薄膜。 根据美国《固态物理(a)》(Phys. Stat. Sol. (a) ， 71 (1) ， 1982， 13-41)、《材料学快 报》(Materials Letters, 29， 255-258， 1996)和《应用物理A》(Apll. Phys. A， 69， 93-96， 1999)报道，锡掺杂氧化铟In203:Sn(IT0)、锑掺杂氧化锡Sn02:Sb(AT0)和铝掺杂氧化锌 ZnO:Al(AZO)等目前已经被广泛应用于实际生产的TCO薄膜都可以在可见光区得到高的透过率和电导率，但是由于具有多晶或者非晶结构而不可能和其它单晶薄膜进行相互外延生 长以及其它原因(如铟丰度少价格高、ITO在绿蓝光区吸收严重等)限制了这些TCO材料 在半导体薄膜器件中的应用。根据美国《应用物理学快报》(A卯l.Phys. Lett. 83， 1869， 2003)、 (A卯l. Phys-Lett. 86， 203501， 2005) 和(Appl. Phys. Lett. 92， 102113,2008)报道，目前文献报道的一 些p-n异质结薄膜器件，具有很好的整流特性，同时也具有外延的钙钛矿结构。但是这些 p-n异质结均是单层薄膜结构，即生长一层薄膜和单晶衬底组成p-n异质结；同时这些器 件中选用的薄膜材料大多数不具有透明性如(A卯l. Phys. Lett. 83， 1869， 2003)和(A卯l. Phys. Lett. 92， 102113,2008)。这些不足限制了这些器件的应用范围。 综上所述，为了制备外延全钙钛矿结构的透明p-n异质结选用合适的TCO材料十 分重要。铁酸铋(BiFe03，即BFO)是一种近年发现的新型磁电功能材料，其薄膜的制备窗 口狭小、条件苛刻，国际上仅有不多的小组可以获得纯相且性能优异的单晶外延薄膜。在 透明的钛酸锶(SrTi(^即STO)单晶衬底基片上外延生长的新型TCO材料镧掺杂的锡酸锶 (L Sr卜xSn03，0. 03《x《0. 07，即LSSO)薄膜，具有钙钛矿结构，同时也具有高透光率，更 未见报道。n层采用LSSO，p层采用PZT或者BFO的外延p-n异质结薄膜器件更未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。 本专利技术提供的透明外延p-n异质结薄膜，包括作为单晶衬底基片的SrTi03和位于 所述单晶衬底基片之上的LaxSivxSn03外延薄膜及位于所述LaxSivxSn03外延薄膜之上的下 述两外延薄膜中的任意一种PbZr。.52Ti。.4803外延薄膜和BiFe03外延薄膜；所述L Sr卜xSn03 外延薄膜中，O. 03《x《0. 07。 上述透明外延p-n异质结薄膜中，所述La,SivxSn03外延薄膜的厚度为50-150纳 米，PbZr。.52Ti。.4803外延薄膜的厚度为10-30纳米，BiFe03外延薄膜的厚度为50-300纳米。 本专利技术提供的制备上述透明外延p-n异质结薄膜的方法，包括如下步骤 1)利用脉冲激光沉积方法在SrTi03单晶衬底基片上沉积LaxSivxSn03外延薄膜； 所述LaxSivxSn03外延薄膜中，O. 03《x《0. 07 ; 2)在所述LaxSivxSn03外延薄膜上，继续沉积PbZr。. 52Ti。. 4803外延薄膜或BiFe03外 延薄膜，得到本专利技术提供的透明外延p-n异质结薄膜。 该方法中，所述脉冲激光沉积方法中，激光能量范围为170-210mJ，具体可为 170-190mJ或190-210mJ，频率为5-10Hz，具体可为5_8Hz或8_10Hz，沉积气氛为氧气； 所述沉积L SivxSn03外延薄膜时，沉积温度650_75(TC ，具体可为650-69(TC或 690-750。C，氧压为15-30Pa，具体可为15_20Pa或20_30Pa ;所述La,Sr卜xSn03外延薄膜的厚 度为50-150纳米； 所述沉积PbZr。. 52Ti。.4803外延薄膜时，沉积温度为650_70(TC ，具体可为650_690°C 或690-700。C，氧压为20-30Pa，具体可为20_25Pa或25-30Pa，所述PbZr。.52Ti。 4803外延薄 膜的厚度为10-30纳米； 所述沉积BiFe03外延薄膜时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种透明外延ｐ－ｎ异质结薄膜，包括作为单晶衬底基片的ＳｒＴｉＯ↓［３］和位于所述单晶衬底基片之上的Ｌａ↓［ｘ］Ｓｒ↓［１－ｘ］ＳｎＯ↓［３］外延薄膜及位于所述Ｌａ↓［ｘ］Ｓｒ↓［１－ｘ］ＳｎＯ↓［３］外延薄膜之上的下述两外延薄膜中的任意一种：ＰｂＺｒ↓［０．５２］Ｔｉ↓［０．４８］Ｏ↓［３］外延薄膜和ＢｉＦｅＯ↓［３］外延薄膜；所述Ｌａ↓［ｘ］Ｓｒ↓［１－ｘ］ＳｎＯ↓［３］外延薄膜中，０．０３≤ｘ≤０．０７。
【技术特征摘要】
一种透明外延p-n异质结薄膜，包括作为单晶衬底基片的SrTiO3和位于所述单晶衬底基片之上的LaxSr1-xSnO3外延薄膜及位于所述LaxSr1-xSnO3外延薄膜之上的下述两外延薄膜中的任意一种PbZr0.52Ti0.48O3外延薄膜和BiFeO3外延薄膜；所述LaxSr1-xSnO3外延薄膜中，0.03≤x≤0.07。2. 根据权利要求l所述的薄膜，其特征在于所述L Siv,Sn03外延薄膜的厚度为 50-150纳米，PbZr。.52Ti。.4803外延薄膜的厚度为10-30纳米，BiFe03外延薄膜的厚度为 50-300纳米。3. —种制备权利要求1或2所述透明外延p-n异质结薄膜的方法，包括如下步骤1) 利用脉冲激光沉积方法在SrTi03单晶衬底基片上沉积LaxSivxSn03外延薄膜；所述 LaxSivxSn03外延薄膜中，O. 03《x《0. 07 ;2) 在所述LaxSivxSn03外延薄膜上，继续用脉冲激光沉积方法沉积PbZr。.52Ti。.4803外延 薄膜或BiFe03外延薄膜，得到权利要求1或2所述透明外延p-n异质结薄膜。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述脉冲激光沉积方法中，激光能量范围 为170-210mJ，频率为5-10Hz，沉积气氛为氧气；所述沉积LaxSivxSn03外延薄膜时，沉积温度650-750 °C ，氧压为15_30Pa，所述 L Sr卜xSn03外延薄膜的厚度为50-150纳米；所述沉积PbZr。.52Ti。.4803外延薄膜时，沉积温度为650-700°C，氧压为20_30Pa，所述 PbZr。.52Ti。.4803外延...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦兴利，王海峰，刘亲壮，吴文彬，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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