[发明专利]钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制造领域，具体涉及一种应用磁控溅射方法(magnetron sputtering technique)在较宽的温度下制备具有良好整流特性的镧锰氧化物/氧化锡(La_0.7Sr_0.3MnO₃/SnO₂)p-n结的方法。

背景技术

p-n结二极管作为基本的元器件在微电子学中有着举足轻重的作用。钙钛矿结构的La_0.7Sr_0.3MnO₃(LSMO)由于Sr²⁺离子的掺杂而具有p型半导体的导电性。此外，由于双交换作用，LSMO载流子的浓度是组分、温度和外场的敏感函数，可通过外加电场或磁场调制LSMO基p-n结的电学或磁学性质。

SnO₂具有异常丰富的光电性能和气敏特性，是一种具有潜在应用价值的紫外半导体光电器件材料。而由于制备过程中的缺氧可使SnO₂表现为n型半导体的性质，如果将SnO₂与钙钛矿镧锰氧化物材料结合成人工异质结则为研发新一代磁-光-电一体化的新器件提供了契机。目前，还没有关于镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结的研究报道。

目前，通常采用PLD方法制备钙钛矿结构氧化物p-n结。但因PLD存在羽辉区域的局限性、蒸发粒子温度的非线性变化和质量空间分布不均的缺点，只适合小面积沉积，并且在沉积过程中伴有液滴沉积的现象，易造成薄膜结构不均匀，从而影响其电子输运性能。又因高质量、大功率激光器的价格较高，增加了PLD方法的成本，阻碍钙钛矿结构氧化物p-n结在工业上的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结及其制备方法。

本发明所提供的钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结，包括有单晶衬底、沉积在单晶衬底上的SnO₂层和沉积在SnO₂层上的LSMO层；其中，所述的SnO₂层的厚度为100-300nm；所述的LSMO层的厚度为100-300nm。

其中，所述的单晶衬底选自单晶Si(100)、单晶ZnF₂(100)或单晶TiO₂(100)。

本发明所提供的钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结的制备方法，包括以下步骤：

1)采用磁控溅射法在单晶衬底上沉积SnO₂层，沉积条件：射频功率为100-200W，SnO₂陶瓷为靶材，单晶衬底温度为300-600℃，工作气体为氩气和氧气，工作气压为0.5-1.0Pa，氧分压为5-15％，SnO₂层的厚度为100-300nm；

2)采用磁控溅射法在步骤1)中获得的SnO₂层之上沉积LSMO层，得到钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结，沉积条件：射频功率为100-200W，LSMO陶瓷为靶材，单晶衬底温度为600-800℃，工作气体为氩气和氧气，工作气压为0.5-1.5Pa，氧分压为5-25％，LSMO层的厚度为100-300nm。

可通过磁控溅射时间控制SnO₂层和LSMO层的厚度。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

1)本发明所制备的SnO₂/LSMO p-n结，在40-320K的温度范围内具有优异的整流特性：当反向电压为-1.5V时仍未击穿，此时最大漏电流仅为3mA；正向开启电压为0.2～0.5V；电压为1.5V时的正向电流和反向电流比值达到20。

2)本发明中采用磁控溅射技术成本低廉，薄膜与衬底之间的附着性好、结构致密、针孔少、表面平整且纯度较高，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1、实施例1制备的LSMO/SnO₂p-n结的XRD图谱。

图2、实施例1制备的LSMO/SnO₂p-n结在室温(300K)下的伏安特性曲线。

图3、实施例1制备的LSMO/SnO₂p-n结在40-320K温度范围内的伏安特性曲线。

图4、实施例1制备的LSMO/SnO₂p-n结界面处的透射电镜图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式