[发明专利]一种具有二维电子气的单晶薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有二维电子气的单晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化镧和氧化钛前驱体粉末均匀混合后研磨，并用压片机压靶，在马弗炉中高温烧结后得到LaTiO₃靶材；(2)清洗并刻蚀SrTiO₃基片；(3)将LaTiO₃靶材和处理后的SrTiO₃基片一同放入脉冲激光沉积系统，在合适的条件下生长LaTiO₃单晶薄膜；(4)在真空环境下，获得不同温度下的相同厚度的LaTiO₃薄膜；(5)控制不同的氧压，在薄膜生长时能达到的真空度从高真空降到低真空，每隔一个数量级生长一个薄膜，制得不同氧压下的LaTiO₃薄膜。本发明通过曲线可以看出薄膜与STO界面之间都存在二维电子气，使薄膜表现出金属性。

技术领域

本发明属于脉冲激光沉积技术(PLD)以及钙钛矿氧化物薄膜制备领域，具体涉及一种具有二维电子气的LaTiO₃单晶薄膜及其制备方法。

背景技术

在Mott绝缘体LaTiO₃和带状绝缘体SrTiO₃之间的二维电子气体(2DEG)在过去的十年中引起了广泛的研究，但这一现象的物理起源仍有争议。当外延薄膜LaAlO₃/SrTiO₃界面中的二维电子气自2004年被Ohtomo首次报道以来，二维电子气被大量研究，并且二维电子气在LaTiO₃/SrTiO₃(001)中也被发现，这更是引起了人们对LaTiO₃外延薄膜研究的极大兴趣。大量的研究表明，在一般的钛酸盐中Ti均具有d0态，然而反铁磁Mott绝缘体LaTiO₃中的Ti为d1态，尤其是当LaTiO₃外延生长在(001)晶体学取向的SrTiO₃衬底上时，会出现具有二维电子气的界面导电层，从而使LaTiO₃表现出金属特性。

然而关于LaTiO₃/SrTiO₃(001)中Ti电子结构的变化还存在很多观点，一些人认为是由于外延应力引起Ti从3d1态的Mott绝缘体转变为3d0态的导体。而另一些人认为这种转变是外延界面处的电荷转移引起的界面效应。然而，对引起LaTiO₃/SrTiO₃(001)中Ti从3d1态的Mott绝缘体转变为3d0态的导体的根本原因依然处于争论当中。

然而，对不同生长温度、不同氧压下的LaTiO₃/SrTiO₃单晶薄膜的研究，以及这样的LaTiO₃/SrTiO₃薄膜中是否存在2DEG就目前所知还没有被系统研究报道。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有二维电子气的LaTiO₃单晶薄膜及其制备方法。

为实现上述目标，本发明所采用的技术方案是：

一种具有二维电子气的单晶薄膜及其制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化镧和氧化钛前驱体粉末按比例均匀混合后研磨，并用压片机压靶，在马弗炉中高温烧结后得到LaTiO₃靶材；

(2)清洗并刻蚀SrTiO₃基片；

(3)将LaTiO₃靶材和处理后的SrTiO₃基片一同放入脉冲激光沉积系统，在合适的条件下生长LaTiO₃单晶薄膜；

(4)在真空环境下，获得不同温度下的相同厚度的LaTiO₃薄膜；