CN101826549B - 半导体异质结构、其制备方法及半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了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。本发明还公开了所述半导体异质结构的制备方法。本发明同时公开了包含所述半导体异质结构的半导体装置。根据本发明在硅表面直接生长钙钛矿锰氧化物薄膜，而在生长过程中没有引入其它物质作为缓冲层，不但使制备工艺变得简单，而且消除了因中间插层的引入而引起的界面扩散等问题和缺陷。获得了具有良好整流特性的n-Si/p-R1-xAxMnO3±δ功能异质结构。

Description

半导体异质结构、其制备方法及半导体装置
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，La0.67Sr0.33MnO3/SrTiO3/La0.67Sr0.33MnO3三明治结构中低温下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-La0.85Sr0.15MnO3/i-SrTiO3/n-La0.05Sr0.95TiO3三层结构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-La0.9Ba0.1MnO3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R1-xAxMnO3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：R1-xAxMnO3±δ，其导电性质为：n型或者p型；
其中：
R选自以下稀土元素中的一种或几种：La、Ce、Pr、Eu、Ho和Nd；
A选自以下元素中的一种或几种：：Ca、Sr、Ba、Ce、Sn、Y和Hf；
x的范围是：0～1；
δ的范围是：0～1。
进一步优选地，所述硅基片中单晶硅的取向为(100)、(110)、(111)以及各种斜切取向，其导电性质为：n型或者p型。
更优选地，所述钙钛矿锰氧化物层的厚度为5-500nm。
另一方面，本发明提供所述半导体异质结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)将所述单晶硅基片在高真空下(小于10-3Pa)加热到高于沉积温度50-200摄氏度下并保持1秒-500秒，以分解表面残存的硅氧化层；和
2)将所述单晶硅基片降低到沉积温度，采用脉冲激光沉积技术在经过1)处理后的单晶硅基片上直接沉积生成钙钛矿锰氧化物薄膜。
优选地，所述沉积薄膜的操作包括：为了减少硅表面氧化，首先在低氧压下(0.05-1Pa)沉积钙钛矿锰氧化物缓冲层，待沉积厚度达到某一合适尺寸(如几个至几百个原子层)时，将氧气压调高至需要的数值后沉积相同材料的钙钛矿锰氧化物薄膜。厚度至5-500nm，生成硅/钙钛矿锰氧化物半导体异质结构。
更优选地，所述方法在所述沉积步骤2)之前还包括下述步骤：
按R1-xAxMnO3±δ化学式配料，原材料为R的氧化物或其碳酸盐、A的氧化物或其碳酸盐、Mn的氧化物或其碳酸盐；
将原材料研磨充分混合后，700-1000摄氏度下煅烧9-24小时，取出再次研磨、再次在同样条件下煅烧，反复3-4次，最后在1200-1350摄氏度下烧结成R1-xAxMnO3±δ靶材；
将制备好的靶材安装在薄膜沉积腔内。
进一步优选地，所述脉冲激光沉积操作的具体条件为：激光能量50-800mJ，脉冲频率1-12赫兹；腔体内所述单晶硅基片和靶之间的距离1-8cm；薄膜沉积温度600-900摄氏度；
更优选地，所述单晶硅基片在沉积前经HF酸清洗以去除表面的SiO2非晶层。
另一方面，本发明提供包含所述半导体异质结构的半导体装置。
根据本发明的一个优选的实施方式，提供由硅、钙钛矿锰氧化物构成的功能半导体异质结构，其中：
1)钙钛矿锰氧化物的化学通式为：R1-xAxMnO3±δ。导电性质：n型或者p型；
R为一种或者一种以上的下述稀土元素的任意组合：La、Ce、Pr、Eu、Ho、Nd；
A为一种或者一种以上的下述元素的任意组合：Ca、Sr、Ba、Ce、Sn、Y、Hf；
x的范围是：0～1；
δ的范围是：0～1；
2)硅基片特征在于：单晶硅的取向为(100)、(110)、(111)以及各种斜切的取向。导电性质：n型或者p型。
根据本发明的一个优选的实施方式，提供在单晶硅表面直接外延生长钙钛矿锰氧化物薄膜从而生成Si/R1-xAxMnO3±δ异质结构的方法，包括下述步骤：
1)按R1-xAxMnO3±δ化学式配料，原材料为R的氧化物或其碳酸盐、A的氧化物或其碳酸盐、Mn的氧化物或其碳酸盐。将原材料研磨充分混合后，700-1000摄氏度下煅烧9-24小时，取出再次研磨、再次在同样条件下煅烧，反复3-4次，最后在1200-1350摄氏度下烧结成R1-xAxMnO3±δ靶材。
2)将步骤1)中制备好的靶材安装在薄膜沉积腔内，采用脉冲激光沉积技术在硅基片上直接生长钙钛矿锰氧化物薄膜。激光能量50-800mJ，脉冲频率1-12赫兹。腔体内基片和靶之间的距离1-8cm。薄膜沉积温度600-900摄氏度。硅基片在沉积前经HF酸清洗以去除表面的SiO2非晶层。
3)步骤2)中的关键过程是：沉积前首先将基片在高真空下(小于10-3Pa)加热到高于沉积温度的某一温度下(如高出沉积温度50-200摄氏度)并保持一小段时间(1秒-500秒)，以分解表面残存的硅氧化层。之后将基片降到沉积温度开始沉积薄膜。为了减少硅表面氧化，首先在低氧压下(0.05-1Pa)沉积钙钛矿锰氧化物缓冲层，待沉积厚度达到某一合适尺寸(如几个至几百个原子层)时，将氧气压调高至需要的数值后沉积相同材料的钙钛矿锰氧化物薄膜。厚度至5-500nm，生成硅/钙钛矿锰氧化物半导体异质结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
首先，本发明制备了一种由钙钛矿锰氧化物、单晶硅生成的半导体异质结构。因没有引入其它物质作为缓冲层，消除了因中间插层的引入而引起的缺陷、界面扩散等问题。获得了具有良好整流特性的n-Si/p-R1-xAxMnO3±δ功能异质结构。由于钙钛矿锰氧化物的内禀特性具有显著的磁调节特征，由其生成的半导体异质结构也具有磁场响应特性，这是在普通半导体功能器件上无法实现的。
其次，本发明提供的在硅表面外延生长钙钛矿锰氧化物半导体异质结构的方法，不仅对于获得磁敏感的在硅表面生长的功能器件具有重要实际意义，而且对于相关领域的研究也具有重要指导意义(例如：在硅基片上生长具有其它功能的氧化物薄膜，构成功能器件等)。
第三，本发明的方法，在硅表面直接生长钙钛矿锰氧化物薄膜，而在生长过程中没有引入其它物质作为缓冲层，不但使制备工艺变得简单，而且消除了因中间插层的引入而引起的界面扩散、缺陷等问题。获得了具有良好整流特性的n-Si/p-R1-xAxMnO3±δ功能异质结构。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的具体实施方案，其中：
图1：本发明实施例1中制备的Si/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构室温下采集的x射线衍射(XRD)谱线，可以发现，除了Si(100)和La0.7Ca0.3MnO3(110)的衍射峰以外，没有其它峰出现。表明La0.7Ca0.3MnO3薄膜为单相并且外延生长在硅(100)表面上。
图2：本发明实施例1中制备的Si/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构在500Oe磁场下测量的磁化强度-温度(M-T)曲线，作为对比，同样条件下在SrTiO3(001)上生长的La0.7Ca0.3MnO3(STO/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构)的M-T曲线也在图2中给出。因Si、SrTiO3无磁性，磁性均来自于La0.7Ca0.3MnO3薄膜。可以发现，和长在SrTiO3上的La0.7Ca0.3MnO3薄膜类似，长在硅表面的La0.7Ca0.3MnO3薄膜也呈现铁磁性，但是由于硅(110)(3.84)和SrTiO3(001)(3.905
Figure G2009100792495D00052
)具有不同的晶胞参数，La0.7Ca0.3MnO3薄膜所受到的张应力不同，表现出不同的铁磁居里温度。
图3：a)本发明实施例1中制备的Si/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构不同温度零磁场下测量的电流-电压曲线(IV曲线)，Si/La0.7Ca0.3MnO3结具有良好的整流特性。b)和c)分别是85K和120K温度下零磁场和5T磁场下的IV曲线，可以看出由钙钛矿锰氧化物La0.7Ca0.3MnO3和硅生成的半导体异质结构对磁场敏感。
图4：本发明实施例2中制备的Si/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构室温下采集的x射线衍射(XRD)谱线，可以发现，除了硅(100)和La0.7Ba0.3MnO3(110)的衍射峰以外，没有其它峰出现。表明La0.7Ba0.3MnO3薄膜为单相并且外延生长在硅(100)表面上。
图5：本发明实施例2中制备的Si/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构在500Oe磁场下测量的磁化强度-温度(M-T)曲线，作为对比，同样条件下在SrTiO3(001)上生长的La0.7Ba0.3MnO3(STO/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构)的M-T曲线也在图5中给出。因硅、SrTiO3无磁性，磁性均来自于La0.7Ba0.3MnO3薄膜。可以发现，和长在SrTiO3上的La0.7Ba0.3MnO3薄膜类似，长在硅表面的La0.7Ba0.3MnO3薄膜也呈现铁磁性，但是由于硅(110)(3.84
Figure G2009100792495D00061
)和SrTiO3(001)(3.905
Figure G2009100792495D00062
)具有不同的晶胞参数，La0.7Ba0.3MnO3薄膜所受到的张应力不同，表现出不同的铁磁居里温度。
图6：a)本发明实施例2中制备的Si/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构不同温度零磁场下测量的电流-电压曲线(IV曲线)，Si/La0.7Ba0.3MnO3结具有良好的整流特性。b)和c)分别是90K和135K温度下零磁场和5T磁场下的IV曲线，可以看出由钙钛矿锰氧化物La0.7Ba0.3MnO3和硅生成的半导体异质结构对磁场敏感。
具体实施方式
实施例1 Si/La 0.7 Ca 0.3 MnO 3 半导体异质结构的制备
按化学式制备La0.7Ca0.3MnO3钙钛矿锰氧化物，具体工艺为：
1)按La0.7Ca0.3MnO3化学式配料，原材料为La2O3，CaCO3，MnCO3(CaCO3，MnCO3在煅烧过程中分解，C形成CO2后随空气流走)。经配比后的原材料充分研磨混合后在900摄氏度下煅烧24小时。取出后在相同条件下再研磨、再煅烧反复3次，之后在1350摄氏度下烧结48小时制备出直径40mm、厚5mm的La0.7Ca0.3MnO3靶材。
2)选择磷掺杂的电阻率6Ω·cm的n型单晶硅作为基片，单晶取向(100)。沉积前硅基片首先经20％浓度的HF酸清洗去除表面的SiO2非晶层，之后用酒精冲洗干净后，固定在基片架上。
3)将步骤1)中制备好的La0.7Ca0.3MnO3靶材和步骤2)中的载有硅的基片架安装在薄膜沉积腔内，采用脉冲激光沉积技术(该技术的操作方法参见：Pulsed Laser Deposition of Thin Films，edited by Douglas B.Chriseyand Graham K.Hubler，John Wiley & Sons，1994.本发明人使用的脉冲激光沉积设备购自中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司)在硅基片上直接生长钙钛矿锰氧化物薄膜。激光能量400mJ，脉冲频率5赫兹。腔体内基片和靶之间的距离4.5cm。薄膜沉积温度750摄氏度。
4)步骤3)中的关键过程是：沉积前首先将基片在高真空下(6.5×10-4Pa)加热到高于沉积温度的850摄氏度下并保持30秒，以分解表面残存的硅氧化层。之后将基片降到沉积温度(750摄氏度)开始沉积薄膜。为了减少硅表面氧化，首先在低氧压下(3×10-1Pa)沉积La0.7Ca0.3MnO3缓冲层，待沉积厚度达到十个原子层时，将氧气压调高至1×102Pa，沉积La0.7Ca0.3MnO3薄膜，厚度至80nm沉积结束。之后将氧气压升高至2×104Pa，关掉基片加热电源，薄膜在2×104Pa氧气压下降到室温。生成Si/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构。
图1为Si/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构室温下采集的x射线衍射(XRD)图谱，可以发现，除了硅(100)和La0.7Ca0.3MnO3(110)的衍射峰以外，没有其它峰出现，表明La0.7Ca0.3MnO3薄膜为单相并且很好地外延生长在硅(100)表面上。La0.7Ca0.3MnO3具有钙钛矿结构，而硅具有金刚石结构。La0.7Ca0.3MnO3块材和硅单晶的晶胞参数分别是3.867和5.4309
Figure G2009100792495D00072
晶格失配很大。然而，当晶面(001)La0.7Ca0.3MnO3//(001)Si，并且La0.7Ca0.3MnO3(001)晶面绕晶轴[001]旋转45度使晶向<100>La0.7Ca0.3MnO3//<110>Si时，晶格失配很小，Si<110>方向最近邻原子间距为3.84
Figure G2009100792495D00073
(5.4309×√2÷2＝3.84
Figure G2009100792495D00074
)，La0.7Ca0.3MnO3<100>：3.867当硅表面干净的时候，La0.7Ca0.3MnO3很容易外延生长在硅表面上。
图2为Si/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构在超导量子干涉磁强计(商品名：超导量子干涉磁强计，商品型号：MPMS-7，购自Quantum Design，USA)上500Oe磁场下测量的磁化强度-温度(M-T)曲线，作为对比，同样条件下在SrTiO3(001)上生长的La0.7Ca0.3MnO3(STO/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构)的M-T曲线也在图2中给出。因Si、SrTiO3无磁性，磁性均来自于La0.7Ca0.3MnO3薄膜。可以发现，和长在SrTiO3上的La0.7Ca0.3MnO3薄膜类似，长在硅表面的La0.7Ca0.3MnO3薄膜也呈现铁磁性，但是由于Si(110)(3.84
Figure G2009100792495D00076
)和SrTiO3(001)(3.905
Figure G2009100792495D00077
)具有不同的晶胞参数，La0.7Ca0.3MnO3薄膜所受到的张应力不同，表现出不同的铁磁居里温度。
图3a是Si/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构零磁场下不同温度下测量的电流-电压曲线(IV曲线)，Si/La0.7Ca0.3MnO3结具有良好的整流特性。图3b和图3c分别是85K和120K温度下Si/La0.7Ca0.3MnO3半导体异质结构在零磁场和5T磁场下的IV曲线，可以看出由钙钛矿锰氧化物La0.7Ca0.3MnO3和硅生成的半导体异质结构对磁场敏感。
实施例2 Si/La 0.7 Ba 0.3 MnO 3 半导体异质结构的制备
按化学式制备La0.7Ba0.3MnO3钙钛矿锰氧化物，具体工艺为：
1)按La0.7Ba0.3MnO3的化学式配料，原料为La2O3，BaCO3，MnCO3(BaCO3，MnCO3在煅烧过程中分解，C形成CO2后随空气流走)。将按配比配料后的原料充分研磨混合后在900摄氏度下煅烧24小时。取出后在相同条件下再进行研磨和煅烧，反复3次，之后在1350摄氏度下烧结48小时制备出直径40mm、厚5mm的La0.7Ba0.3MnO3靶材。
2)选择磷掺杂的电阻率6Ω·cm的n型单晶硅作为基片，单晶取向(100)。沉积前将硅基片首先经20％浓度的HF酸清洗去除表面的SiO2非晶层，之后用酒精冲洗干净后，固定在基片架上。
3)将步骤1)中制备好的La0.7Ba0.3MnO3靶材和步骤2)中的载有硅的基片架安装在薄膜沉积腔内，采用脉冲激光沉积技术(操作方法参见：Pulsed Laser Deposition of Thin Films，edited by Douglas B.Chrisey andGraham K.Hubler，John Wiley & Sons，1994.本发明人使用的脉冲激光沉积设备购自中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司)在硅基片上直接生长钙钛矿锰氧化物薄膜。激光能量450mJ，脉冲频率3赫兹。腔体内基片和靶之间的距离4.5cm。薄膜沉积温度750摄氏度。
4)步骤3)中的关键过程是：在沉积前首先将基片在高真空下(6.0×10-4Pa)加热到高于沉积温度的850摄氏度下并保持30秒，以分解表面残存的硅氧化层。之后将基片降到沉积温度(750摄氏度)开始沉积薄膜。为了减少硅表面氧化，首先在低氧压下(2×10-1Pa)沉积La0.7Ba0.3MnO3缓冲层，待沉积厚度达到十个原子层时，将氧气压调高至1×102Pa，沉积La0.7Ba0.3MnO3薄膜，厚度至70nm沉积结束。之后将氧气压升高至2×104Pa，关掉基片加热电源，薄膜在2×104Pa氧气压降温到室温。生成Si/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构。
图4为Si/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构室温下采集的x射线衍射(XRD)图谱，可以发现，除了Si(100)和La0.7Ba0.3MnO3(110)的衍射峰以外，没有其它峰出现，表明La0.7Ba0.3MnO3薄膜为单相并且很好地外延生长在Si(100)表面上。La0.7Ba0.3MnO3具有钙钛矿结构，而硅具有金刚石立方结构。La0.7Ba0.3MnO3块材和硅单晶的晶胞参数分别是3.900
Figure G2009100792495D00091
和5.4309
Figure G2009100792495D00092
晶格失配很大。然而，当晶面(001)La0.7Ba0.3MnO3//(001)Si，并且La0.7Ba0.3MnO3(001)晶面绕晶轴[001]旋转45度使晶向<100>La0.7Ba0.3MnO3//<110>Si时，晶格失配很小，Si<110>方向最近邻原子间距为3.84
Figure G2009100792495D00093
(5.4309×√2÷2＝3.84
Figure G2009100792495D00094
)，La0.7Ba0.3MnO3<100>：3.900
Figure G2009100792495D00095
当硅表面干净的时候，La0.7Ba0.3MnO3很容易外延生长在硅表面上。
图5为Si/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构在超导量子干涉磁强计(商品名：超导量子干涉磁强计，商品型号：MPMS-7，购自Quantum Design，USA)上500Oe磁场下测量的磁化强度-温度(M-T)曲线，作为对比，同样条件下在SrTiO3(001)上生长的La0.7Ba0.3MnO3(STO/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构)的M-T曲线也在图5中给出。由于Si、SrTiO3均无磁性，因此磁性均来自于La0.7Ba0.3MnO3薄膜。可以发现，和长在SrTiO3上的La0.7Ba0.3MnO3薄膜类似，长在硅表面的La0.7Ba0.3MnO3薄膜也呈现铁磁性，但是由于Si(110)(3.84
Figure G2009100792495D00096
)和SrTiO3(001)(3.905
Figure G2009100792495D00097
)具有不同的晶胞参数，La0.7Ba0.3MnO3薄膜所受到的张应力不同，表现出不同的铁磁居里温度。
图6a是Si/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构在零磁场下测量的电流-电压曲线(IV曲线)，Si/La0.7Ba0.3MnO3结具有良好的整流特性。图6b和图6c分别是90K和135K温度下Si/La0.7Ba0.3MnO3半导体异质结构在零磁场和5T磁场下的IV曲线，可以看出由钙钛矿锰氧化物La0.7Ba0.3MnO3和硅生成的半导体异质结构对磁场敏感。

Claims (8)

1.一种半导体异质结构，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；其中，所述单晶硅半导体基片中单晶硅的取向为(100)，其导电性质为：n型或者p型，并且所述形成于该单晶硅半导体基片上的钙钛矿锰氧化物为单一取向(110)；所述钙钛矿锰氧化物为La0.7Ca0.3MnO3或La0.7Ba0.3MnO3。
2.根据权利要求1所述的半导体异质结构，其特征在于，所述钙钛矿锰氧化物层的厚度为5-500nm。
3.一种权利要求1或2所述的半导体异质结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)将所述单晶硅基片在小于10-3Pa的高真空下加热到比沉积温度高50-200摄氏度的温度，并保持1-500秒，从而分解表面残存的硅氧化层；和
2)将所述单晶硅基片降低到沉积温度，采用脉冲激光沉积技术在经过步骤1)处理后的单晶硅基片上直接沉积生成钙钛矿锰氧化物薄膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述沉积生成钙钛矿锰氧化物薄膜的操作包括：为了减少硅表面氧化，首先在氧压为0.05-1Pa下沉积钙钛矿锰氧化物缓冲层，待沉积厚度达到3-999个原子层时，将氧气压调高至需要的数值后沉积相同材料的钙钛矿锰氧化物薄膜，所述薄膜厚度至5-500nm时，即生成所述硅/钙钛矿锰氧化物半导体异质结构。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述方法在所述步骤2)之前还包括下述步骤：
a)按La0.7Ca0.3MnO3或La0.7Ba0.3MnO3化学式配料，原材料为：La的氧化物或其碳酸盐、Ca或Ba的氧化物或其碳酸盐、Mn的氧化物或其碳酸盐；
b)将原材料研磨充分混合后，700-1000摄氏度下煅烧9-24小时，取出再次研磨、再次在同样条件下煅烧，反复3-4次，最后在1200-1350摄氏度下烧结成La0.7Ca0.3MnO3或La0.7Ba0.3MnO3靶材；
c)将制备好的靶材安装在薄膜沉积腔内。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述脉冲激光沉积操作的具体 条件为：激光能量50-800mJ，脉冲频率1-12赫兹；腔体内所述单晶硅基片和靶之间的距离1-8cm；薄膜沉积温度为600-900摄氏度。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述单晶硅基片在沉积前经HF酸清洗以去除表面的SiO2非晶层。
8.包含权利要求1或2所述半导体异质结构的半导体装置。 
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