本发明专利技术涉及一种偏置电场调制的全氧化物半导体异质结构，该半导体异质结构由驰豫型铁电单晶(PMN-PT)基片以及在其上交替生长的空穴型(p型)钙钛矿锰氧化物薄膜和电子型(n型)钙钛矿氧化物薄膜构成。本发明专利技术还提供了该半导体异质结构的制备方法和装置。由于驰豫型铁电单晶具有显著的逆压电效应，因此，获得的新型功能的所述半导体异质结构具有显著的偏置电场可调特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生长在驰豫型铁电单晶基片上的全氧化物半导体异质结构，具体地说，涉及一种外加偏置电场可调制的全钙钛矿氧化物半导体异质结构及其制备方法。
技术介绍
驰豫型铁电单晶((1-y) Pb (Mgl73Nb273) O3- (y) PbTiO3,即PMN-PT)以其优越的铁电特性和显著的逆压电效应而闻名，例如，对于0. 67Pb (Mgl73Nb273) O3-O. 33PbTi0s,剩余极化率和矫顽场分别为ft" 35 μ C/cm2和Ec 2. 5kV/cm。外加偏置电场引起电极化的同时也产生显著的应变行为，例如，对于(001)取向的0. 67Pb (Mgl73Nb273) O3-O. 33PbTi03，在10kV/cm的电场梯度下，c轴应变为0. 5%。同时，PMN-PT具有和钙钛矿锰氧化物相似的结构和晶胞参数，因此在PMN-PT基片上可外延生长钙钛矿锰氧化物，外加偏置电场在PMN-PT基片中引起的应变效应可传递到锰氧化物薄膜中，从而改变锰氧化物的能带结构和带隙，引起磁输运性质的显著改变。钙钛矿锰氧化物由于其庞磁电阻(colossal magnetoresistance-CMR)效应成为近年来国际上研究的热点。越来越多的事实表明，钙钛矿锰氧化物的潜在优势在于用其制备磁电子学器件。钙钛矿氧化物除了具有超常磁电阻效应，还表现出巨电场电阻、铁电、介电、超导等丰富的物理特性，因此可期望用来获得具有多种新颖功能的实用器件。通常情况下，对于钙钛矿锰氧化物LaMnO3(La3+、Mn3+、02_)，由于Mn3+-O2--Mn3+间的超交换作用表现出反铁磁绝缘特性。当二价阳离子(如，Ca2+、Sr2+、Ba2+等)引入并部分取代La3+离子后，体系中出现混合价态，即Mn3+(3d4 Ag3eg1)和Mn4+(3d3 :t2g3eg°)离子，双交换作用的结果导致居里温度以下的金属铁磁行为，导电性质为空穴型(P型)。同时，对于同样具有钙钛矿结构的氧化物介电材料SrTiO3 (Sr2+、Ti4+、02_)，欠氧，引入三价阳离子(例如La3+)替代Sr2+，或者引入五价阳离子(例如Nb5+)替代Ti4+均可导致出现Ti4+和Ti3+的混合价态，从而出现电子型(η型)半导体行为。由这种空穴型(ρ型)钙钛矿锰氧化物和电子型(η型)钙钛矿氧化物可组合生成具有优良整流特性的功能异质结构。然而，这种全氧化物异质结构仅表现出磁场调节特性(由于其组分钙钛矿锰氧化物的能带结构具有磁场调节特性)，其整流行为不具有电场调节特性，限制了实际应用。经过本专利技术人的大量研究发现，加在PMN-PT的偏置电场可调制生长在其上的全钙钛矿氧化物半导体异质结构的整流行为和光、电输运性质，从而获得偏置电场调制的全氧化物半导体异质结构，因此需要提供一种生长在PMN-PT上，偏置电场调制的全钙钛矿氧化物半导体异质结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种偏置电场调制的全氧化物半导体异质结构。本专利技术的另一个目的在于，提供所述全氧化物半导体异质结构的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的—方面，本专利技术提供的一种偏置电场调制的全氧化物半导体异质结构，所述的半导体异质结构包括驰豫型铁电单晶基片和形成于该基片上的全氧化物异质结构。进一步，所述的驰豫型铁电单晶的化学通式为(Ii)I^b(Mgv3Nlv3)O3-(y)I^bTiO3, 即PMN-PT，其中，y的范围是0. 2 0.4;并且，其取向为(001)以及各种斜切取向(即稍微偏离(001)取向几度的基片)，优选为(001)取向。进一步，所述的全氧化物异质结构由空穴型(ρ型)钙钛矿锰氧化物薄膜和电子型 (η型)钙钛矿氧化物薄膜构成，并外延生长在驰豫型铁电单晶基片上。更进一步，所述的空穴型(P型)钙钛矿锰氧化物的化学通式为=RhAxMnO3is，其中，R选自以下稀土元素中的一种或几种=LaJiNEiU Ho和Nd;A选自以下元素中的一种或几种Ca、Sr、Ba*Y;χ的范围是0 < χ < 1 ；和δ的范围是0彡δ彡0. 5。更进一步，所述的电子型(η型)钙钛矿氧化物的化学通式为=SivxLaxTihNbyCVs, 其中，χ的范围是0 < χ彡0. 5 ；y的范围是0 < y彡0. 3 ；δ的范围是0彡δ彡0. 5。再进一步，所述的驰豫型铁电单晶基片的厚度为0.05-0. 5mm，所述的空穴型(ρ 型)钙钛矿锰氧化物薄膜的厚度为5-500nm，所述的电子型(η型)钙钛矿氧化物薄膜的厚度为 5-500nm。另一方面，本专利技术提供一种制备所述偏置电场调制的全氧化物半导体异质结构的方法，所述方法包括如下步骤1)将驰豫型铁电单晶基片、空穴型(ρ型)钙钛矿锰氧化物靶材和电子型(η型) 钙钛矿氧化物靶材安装在薄膜沉积腔内；2)利用脉冲激光沉积操作，在驰豫型铁电单晶基片上交替生长空穴型(P型)钙钛矿锰氧化物薄膜和电子型(η型)钙钛矿氧化物薄膜，生成全氧化物半导体异质结构，其为具有整流行为的全氧化物功能异质结构。进一步，步骤1)中，所述空穴型(ρ型)钙钛矿锰氧化物的化学通式为 R1^xAxMnO3+ δ，其中，R选自以下稀土元素中的一种或几种=LaJiNEiu Ho和Nd;A选自以下元素中的一种或几种Ca、Sr、Ba和Y;χ的范围是0 < χ < 1 ；和δ的范围是0≤δ≤0. 5。更进一步，所述空穴型(ρ型)钙钛矿锰氧化物靶材是通过以下方法制备得到的 按RhAxMnO3is化学式配料，原材料分别为R、A、Mn的氧化物或其碳酸盐；将原材料研磨充分混合后，在800-1000摄氏度下煅烧9-Μ小时，取出再次研磨，再次在同样条件下煅烧，反复3-4次，最后在1200-1350摄氏度下烧结成R1-AiMnOa δ靶材。进一步，所述电子型(η型)钙钛矿氧化物的化学通式为=SivxLaxTVyNbyCVs，其中，χ的范围是0 < χ≤0. 5 ；y的范围是0 < y≤0. 3 ；δ的范围是0≤δ≤0. 5。更进一步，所述电子型(η型)钙钛矿氧化物靶材是通过以下方法制备得到的按 SivxLaxTihNbyCVs化学式配料，原材料分别为Sr、La、Ti、Nb的氧化物或其碳酸盐；将原材料研磨充分混合后，在800-1000摄氏度下煅烧9- 小时，取出再次研磨、再次在同样条件下煅烧，反复3-4次，最后在1350-1600摄氏度下烧结成SrhLaxTihyNbyCVs靶材。该靶材也可以通过商业获得。进一步，所述的驰豫型铁电单晶的化学通式为(1-y)I^b(Mgv3Nlv3)O3-(y)PbTiO3, 即PMN-PT，其中，y的范围是0. 2 0. 4 ；该基片可以通过商业获得。进一步，所述脉冲激光沉积操作的条件为激光能量50_800mJ，脉冲频率1_12赫兹；腔体内驰豫型铁电单晶基片和靶材之间的距离2-6cm;薄膜沉积温度600-900摄氏度； 背底真空小于IXlO-3Pa ；沉积过程中氧气压力1-2001 ；通过控制沉积时间来控制薄膜厚度，从而在驰豫型铁电单晶基片上生成全氧化物p-n异质结构。进一步，在驰豫型铁电单晶基片背面、ρ型或η型氧化物薄膜上蒸镀Au或Ag电极， 以及在驰豫型铁电单晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡凤霞，王晶，陈岭，沈保根，孙继荣，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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