[发明专利]半导体异质结构、其制备方法及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种由单晶硅和钙钛矿锰氧化物构成的半导体异质结构、其 制备方法及半导体装置。

背景技术

钙钛矿锰氧化物由于其庞磁电阻(colossal electroresistance-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。事实上，在发现CMR效应后 不久，人们就尝试用钙钛矿锰氧化物来制备磁隧道结，早在1996年，Lu 等人就在由钙钛矿锰氧化物构成的隧道结中观察到83％的磁电阻效应。后 来的报道显示，La_0.67Sr_0.33MnO₃/SrTiO₃/La_0.67Sr_0.33MnO₃三明治结构中低温下 50Oe磁场的隧道磁电阻可达到～1800％。人们进一步的研究发现，在具 有三明治结构的隧道结中，利用电子型导电的半导体替代其中的一个铁磁 层，可获得具有整流特性的p-i-n节。Sugiura等人报道了p-La_0.85Sr_0.15MnO₃/i-SrTiO₃/n-La_0.05Sr_0.95TiO₃三层结构p-i-n节的良好整流特性。在此基础 上，Tanaka等人优化半导体异质结构的制备，去掉中间的绝缘插层，发现 由p-La_0.9Ba_0.1MnO₃和n-Nb-SrTiO₃直接生成的半导体异质结构依然表现 出良好的整流特性。从此以后，由钙钛矿氧化物生成的p-n节的制备、性 能和机理的研究引起越来越多人的兴趣。

众所周知，单晶硅是半导体工业中普遍应用的基础材料。在硅表面生 长钙钛矿锰氧化物获得功能器件对促进半导体工业的发展具有重要意义。 到目前为止，由单晶硅和钙钛矿锰氧化物构成的半导体异质结构的功能研 究报道不多。其中一个主要原因是由于硅是金刚石结构而非钙钛矿结构并 且表面易于氧化，在其表面不容易外延生长具有钙钛矿结构的氧化物薄膜。 人们致力于在硅表面上外延生长出具有钙钛矿结构的氧化物已有很长一段 时间。出于其它研究目的的需要，人们首先尝试在硅表面上外延生长具有 钙钛矿结构的介电材料SrTiO₃(STO)，早期实验中，利用各种各样的技术 在硅表面生长出来的STO均不具有外延的单晶结构而是随机取向的多晶。 后来，人们利用激光分子束外延技术在硅表面引进SrSi₂等单一或者复合 缓冲层外延生长出了具有不同取向的外延薄膜。锰氧化物R_1-xA_xMnO₃具有 和SrTiO₃类似的钙钛矿结构和相接近的晶胞参数。研究表明，通过引入 SrTiO₃缓冲层在硅表面生长出了钙钛矿锰氧化物。然而界面势垒层SrTiO₃的出现不但使制备工艺复杂，而且影响半导体异质结构的功能特性。本发 明给出一种在不引入其它插层的情况下由钙钛矿锰氧化物、单晶硅生成的 半导体异质结构及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不引入其它插层的至少具有单晶硅半导 体基片和形成于该单晶硅半导体基片上的钙钛矿锰氧化物的半导体异质结 构。

本发明的另一个目的在于，提供所述半导体异质结构的制备方法。

本发明的再一个目的在于，提供包含所述半导体异质结构的半导体装 置。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

一方面，本发明提供一种半导体异质结构，所述的半导体异质结构至少 具有单晶硅半导体基片和形成于该单晶硅半导体基片上的钙钛矿锰氧化物， 其特征在于，在所述单晶硅半导体基片和形成于该单晶硅半导体基片上的钙 钛矿锰氧化物之间不含有其它插入层。

优选地，所述钙钛矿锰氧化物的化学通式为：R_1-xA_xMnO_3±δ，其导电性质 为：n型或者p型；