[发明专利]在硅衬底上调控铁磁钌酸锶外延薄膜居里温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钌酸锶外延薄膜以及调控硅衬底上SrRuO₃外延薄膜居里温度的方法，属于电子材料技术领域。

背景技术

SrRuO₃具有三维正交畸变钙钛矿结构(换算成赝立方单胞的晶格常数为)(C.W.Jones,P.D.Battle,P.Lightfoot,and W.T.A.Harrison,Acta Crystallogr.Sect.C 1989(45):365.)，是一种过渡金属导电氧化物，室温电阻率约230μΩ·cm。SrRuO₃在900℃高温时仍然具有良好的化学和热稳定性，并且与目前广泛研究的钙钛矿结构的超导、铁电、压电、热释电功能材料(如：YBCO、BFO、PZT、SBT等)具有类似的晶体结构和良好的晶格匹配性，因而具有广泛的应用价值,可以用作高温超导薄膜的缓冲层，非制冷红外焦平面阵列，微机械电子系统器件及非易失铁电随机存取存贮器(FeRAM)等器件的电极材料(“SRO薄膜的直流溅射生长”，黄雄飞，电子科技大学，2005年硕士论文)。此外，SrRuO₃是4d元素中的唯一具有磁有序的氧化物，160K温度以下表现出巡游铁磁性。铁磁性SrRuO₃具有剩余磁化强度大和磁光系数大的特点，因此可以在磁性隧道结和磁阻存储器件中得到应用(“导电氧化物SrRuO₃薄膜的生长及铁电集成性研究”，艾万勇，电子科技大学，2007年硕士论文)。

由于SrRuO₃具有奇特的电学和磁学性能以及广阔的应用前景，国内外主要针对SrRuO₃块体，尤其是薄膜，开展了广泛的研究。SrRuO₃块体的电学和磁学性能受薄膜化学计量和晶格常数的影响，使这种材料通过改变化学计量比控制其内在的铁磁有序状态，这为多态信息存储、传感器器件等的实际应用提供一种新途径。但是对于SrRuO₃块体材料来说，改变化学计量比很困难，需要高氧压(600大气压)和高温处理(1100℃)才能实现(B.Dabrowski,O.Chmaissem,P.W.Klamut,S.Kolesnik,M.Maxwell,J.Mais,Y.Ito,B.D.Armstrong,J.D.Jorgensen and S.Short,Phys.Rev.B 2004(70):014423.)。

但是如何调节铁磁性SrRuO₃的居里温度、并获得居里温度较低的铁磁性SrRuO₃，仍然为本领域的一个技术难点。

发明内容

本发明旨在填补现有无法制备居里温度较低的铁磁性SrRuO₃、以及无法实现调节铁磁性SrRuO₃居里温度的技术空白，本发明提供了一种钌酸锶外延薄膜以及在硅衬底上调控铁磁钌酸锶外延薄膜居里温度的方法。

本发明提供了一种在硅衬底上调控铁磁钌酸锶外延薄膜居里温度的方法，所述方法包括：

在硅衬底上，采用脉冲激光沉积法沉积钌酸锶薄膜，通过调节沉积脉冲激光沉积法的氧分压，实现对钌酸锶薄膜的居里温度的调节。

较佳地，所述硅衬底为Si(100)或Si(111)。

较佳地，所述硅衬底上有缓冲层，所述缓冲层的厚度为20-200nm，包括组成为SrTiO₃、SrO、SrTiO₃/TiN、CeO₂/YSZ中之一的单层或多层薄膜。

较佳地，脉冲激光沉积生长SrRuO₃薄膜，其生长温度为600-800℃，沉积时间为10分钟-1小时，生长氧气氛分压为1-20Pa，激光器的激光能量为150—220mJ，脉冲频率为1-5Hz，SrRuO₃靶材与硅衬底距离为5—10cm。

较佳地，将RuO₂、SrCO₃按摩尔比1:1混合得到的混合原料，在1200-1600℃下烧结6-12h，制备脉冲激光沉积所需的SrRuO₃陶瓷靶材。

较佳地，混合原料还包括为RuO₂、SrCO₃质量之和3—7wt‰的粘结剂，粘结剂包括聚乙烯醇，原料RuO₂、SrCO₃在烧结之前预先混合并在1000—1400℃预烧6—18小时。

较佳地，生长完成后在氧气气氛下退火。