CN101459194B - 钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结及其制备方法属于材料制造领域。目前还没有镧锰氧化物与氧化锡复合的p-n结。本发明所提供的p-n结包括有单晶衬底、沉积在单晶衬底上的厚度为100-300nm的SnO2层和沉积在SnO2层上的厚度为100-300nm的LSMO层。本发明通过采用磁控溅射法依次在沉底上沉积SnO2层和LSMO层，制得钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结。本发明所提供的p-n结具有优异的整流特性，且成本低廉，适合工业化生产。
Description
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(La0.7Sr0.3MnO3/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La0.7Sr0.3MnO3(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
实施例1
1)采用磁控溅射法在衬底单晶Si(100)上沉积300nm厚的SnO2层，沉积条件：磁控溅射射频功率为100W，SnO2陶瓷为靶材，衬底温度为500℃，工作气体为氩气和氧气，工作气压为0.7Pa，氧分压为10％；
2)采用磁控溅射法在步骤1)中获得的SnO2层之上沉积150nm厚的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：磁控溅射射频功率为100W，LSMO陶瓷为靶材，衬底温度为800℃，工作气体为氩气和氧气，工作气压为1.5Pa，氧分压为20％。
实施例2
1)采用磁控溅射法在衬底单晶TiO2(100)上沉积100nm厚的SnO2层，沉积条件：磁控溅射射频功率为200W，SnO2陶瓷为靶材，衬底温度为300℃，工作气体为氩气和氧气，工作气压为0.5Pa，氧分压为15％；
2)采用磁控溅射法在步骤1)中获得的SnO2层之上沉积300nm厚的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：磁控溅射射频功率为200W，LSMO陶瓷为靶材，衬底温度为600℃，工作气体为氩气和氧气，工作气压为0.5Pa，氧分压为25％。
实施例3
1)采用磁控溅射法在衬底单晶ZnF2(100)上沉积200nm厚的SnO2层，沉积条件：磁控溅射射频功率为150W，SnO2陶瓷为靶材，衬底温度为600℃，工作气体为氩气和氧气，工作气压为1Pa，氧分压为5％；
2)采用磁控溅射法在步骤1)中获得的SnO2层之上沉积100nm厚的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：磁控溅射射频功率为150W，LSMO陶瓷为靶材，衬底温度为750℃，工作气体为氩气和氧气，工作气压为1Pa，氧分压为5％。
从图2可知，本发明所制备的SnO2/LSMO p-n结在室温(300K)下呈现出较好的整流特性：当反向电压为-1.5V时仍未击穿，此时漏电流仅为3mA；电压为1.5V时的正向电流和反向电流比值达到20；由正向电流开始迅速增加的点，开启电压约为0.225V。从图3可知，本发明SnO2/LSMO p-n结在40-320K的温度范围内均具有较好的整流特性。从图4可知，本发明SnO2/LSMO p-n结在Si/SnO2界面处形成了较为平直的界面，但二者之间有SiO2层形成。
Claims (1)
1.一种钙钛矿结构镧锰氧化物/氧化锡异质p-n结，其特征在于，所述的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La0.7Sr0.3MnO3层；其中，所述的SnO2层的厚度为100-300nm；所述的La0.7Sr0.3MnO3层的厚度为100-300nm；
其中沉积在单晶衬底上的SnO2层和沉积在SnO2层上的La0.7Sr0.3MnO3层是由下述沉积方法和条件制备的：
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％；
采用磁控溅射法在上述获得的SnO2层之上沉积La0.7Sr0.3MnO3层，沉积条件：射频功率为100-200W，La0.7Sr0.3MnO3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％；
上述单晶衬底选自单晶Si(100)、单晶ZnF2(100)或单晶TiO2(100)。
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