[发明专利]一种异质结、铁电隧道结及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种异质结，其特征是：包括衬底和在衬底上外延生长的一层铁电薄膜，所述衬底为n型或p型掺杂硅半导体，所述铁电薄膜为SrTiO₃薄膜。

2.根据权利要求1所述的异质结，其特征是：所述衬底和铁电薄膜直接接触，中间没有二氧化硅过渡层。

3.根据权利要求1所述的异质结，其特征是：铁电SrTiO₃薄膜的厚度为20 ? – 30 ?；所述衬底为取向（001）的单晶n型或p型掺杂硅半导体。

4.一种权利要求1-3中任一项所述的异质结的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）衬底表面处理：将衬底加入到分子束外延设备中，抽真空至3.0×10^-7 Pa以下，然后将衬底加热到550 oC-700oC，采用分子束外延法在衬底表面沉积6 ?-10 ?厚的锶，沉积过程中控制锶流的通量为10¹⁶ atoms/m²·s -10¹⁸ atoms/m²·s，沉积完后将衬底加热到750oC – 850℃，衬底表面的二氧化硅即在锶的催化下解析脱落；

（2）表面处理完成后，将分子束外延设备抽真空至3.0×10^-7 Pa以下，然后将衬底温度控制为300^oC ~ 350 ^oC， 采用分子束外延法在衬底表面沉积钛酸锶，沉积过程中控制锶流和钛流的通量均为10¹⁶ atoms/m²·s -10¹⁸ atoms/m²·s、氧气的通量为2×10¹⁶分子/S、分子束外延设备压力稳定在1.0×10^-5Pa -3.0×10^-5Pa；

（3）钛酸锶厚度沉积至8 ? -12 ?时，停止沉积，将分子束外延设备抽真空至3.0×10^-7 Pa以下，然后升温至550^oC-600 ^oC原位退火10min-15min，退火后冷却至300^oC ~ 350 ^oC；

（4）重复步骤（2）和（3）的过程，直至钛酸锶达到所需厚度，即得异质结。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：衬底加入分子束外延设备前，先加入紫外臭氧清洗机中清洗半小时。

6.一种铁电隧道结，其特征是：包括权利要求1-3中任一项所述的异质结，所述异质结的铁电薄膜表面覆有上电极，异质结的铁电薄膜作为铁电隧道结的势垒层，异质结的衬底作为铁电隧道结的下电极。

7.根据权利要求6所述的铁电隧道结，其特征是：所述异质结衬底的背面附有与衬底欧姆接触的背电极。

8.根据权利要求7所述的铁电隧道结，其特征是：所述背电极材质为铝；所述上电极材质为铂或金，上电极厚度为100 nm-150 nm。

9.一种权利要求7或8所述的铁电隧道结的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）按照权利要求5或6的方法制备异质结；

（2）在异质结铁电薄膜上盖上掩膜板，然后镀上上电极；

（3）在异质结衬底的背面印刷上一层背电极，衬底周边不印刷，然后在800^oC-900^oC烧结50s-60s，得铁电隧道结。

10.权利要求6-8中任一项所述的铁电隧道结在制备忆阻器或阻性开关器件中的应用。