CN104867987A - 一种ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结及其制备方法和应用 - Google Patents
一种ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于材料合成技术领域，具体公开了一种ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结及其制备方法和应用；所述同质PN结包括沉积于n-Si(111)衬底基体上的ZnO缓冲层、沉积于ZnO缓冲层上的p型ZnCuNO铁磁层、沉积于ZnCuNO铁磁层上的n型ZnCoLiO铁电层、顶层电极层和底层电极层；该磁电耦合同质PN结与Si具有良好的晶格匹配性，且具有良好的铁电性和铁磁性以及磁电耦合特性，具有电荷、自旋两个自由度，可以通过外加电场和磁场对它们分别进行控制，用来设计研制三进制或四进制存储器件，实现信息的高密度存储，在新型高密度存储器领域具有重大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及材料合成技术领域，更具体地，涉及一种ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结及其制备方法和应用。
背景技术
多铁性综合了铁磁性和铁电性两种基本物理性能，是近年来备受关注的信息功能材料。众所周知，铁电性通过铁电晶体中原子位移形成的自发极化实现数字信息的存储；与此相对，铁磁性通过铁磁材料中电子自旋的有序排列实现信息的存储。多铁性则是指兼有铁电，铁磁两种特性，是设计新型高密度存储器的物理基础。与普通存储材料相比，多铁性材料具有以下特点：（1）铁电、铁磁二性共存，电荷有序与自旋有序存在较强关联耦合；（2）电子自旋排列受电极化矢量的影响，因此磁信息的写读不必依赖于外加磁场，可直接通过适当的固体电子线路的电场来实现，从而提高数据存取的速率；（3）多铁性材料具有电荷、自旋两个自由度，通过外加电场和磁场对它们分别进行控制，可用来设计研制三进制或四进制存储器件，实现信息的高密度存储。多铁性材料的上述优点使得其受到材料界、固体电子学界的高度重视。
多铁性材料主要是一些锰酸盐（如BiMnO3）和铁酸盐（如BiFeO3），然而，大部分多铁性材料都呈钙钛矿结构，与半导体材料的结构有很大的差异，不利于器件集成，因此基于半导体材料的磁性（如稀磁半导体）和铁电性一直受到人们密切的关注。另一方面，在铁电存储器（FRAM）中，常规的铁电存储材料如PbZrxTi1-xO3、SrBi2Ta2O9等在结构上与单晶Si也有很大差异，因此沉积到单晶Si衬底时会因结构失配而形成大量表面缺陷，导致存储器出现信息缺失、极化倒向、疲劳等器件失效问题。解决这些问题需要采取稀土金属掺杂或在铁电材料与Si衬底之间预先沉积导电氧化物等措施，导致技术工艺复杂化，因此，开发与Si结构匹配的存储材料显得十分必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术所存在的上述缺陷，提供一种匹配Si结构的多铁性磁电耦合同质PN结。
本发明的第二个目的是提供上述PN结的制备方法。
本发明的第三个目的是提供上述PN结的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：
一种ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结，包括沉积于n-Si(111)衬底基体上的ZnO缓冲层、沉积于ZnO缓冲层上的p型ZnCuNO铁磁层、沉积于ZnCuNO铁磁层上的n型ZnCoLiO铁电层、顶层电极层和底层电极层。
一般具有磁电耦合效应的材料都呈钙钛矿结构，如PZT (PbZrxTi1-xO3)、SBT (SrBi2Ta2O9)等在结构上与单晶Si也有很大差异，因此沉积到单晶Si衬底时会因结构失配而形成大量表面缺陷，导致存储器出现信息缺失、极化倒向、疲劳等器件失效问题等。解决这些问题需要采取稀土金属掺杂（如镧掺杂形成PLZT）或在铁电材料与Si衬底之间预先沉积导电氧化物等措施，导致技术工艺复杂化，因此，开发与Si结构匹配的存储材料就显得十分必要；而ZnO作为二元简单氧化物，与Si具有良好的晶格匹配性，
优选地，本发明所述顶层电极层为Au/Ni顶层电极层，底层电极层为Al/Ti底层电极层。
优选地，所述ZnO缓冲层的厚度为100～400 nm，p型ZnCuNO铁磁层的厚度为200～600 nm，n型ZnCoLiO铁电层的厚度为300～800 nm，Au/Ni顶层电极层的厚度为50～200 nm，Al/Ti底层电极层的厚度为80～150 nm。
优选地，所述p型ZnCuNO铁磁层的各原子百分比如下：32～46 at.% Zn、4.8～14.2 at.% Cu、4.2～8.9 at.% N、42～51.2 at.% O。
优选地，所述n型ZnCoLiO铁电层的各原子百分比如下：34～42.6 at.% Zn、2.2～10.3 at.% Co、12～24 at.% Li、38～48 at.% O。
另外，申请人通过研究发现，不同Co的n型ZnCoLiO铁电层的性能差异显著，更优选地，本发明所述n型ZnCoLiO铁电层含有2.5～8.8 at.% Co。
提供上述任意一种同质PN结的制备方法，包括以下步骤：
S1. 对n-Si(111)衬底进行辉光清洗后，打开ZnO直流磁控溅射靶，沉积ZnO缓冲层；
S2. 开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，制备p型ZnCuNO铁磁层；
S3. 同时打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，沉积n型ZnCoLiO铁电层；
S4. 沉积Au/Ni顶层电极层和Al/Ti底层电极层。
优选地，本发明所述铁电层和铁磁层的生长过程中，采用氧气反馈控制装置和朗缪尔探针控制，实现涂层快速生长和氧气含量的精确控制。
更进一步地，上述制备方法包括以下步骤：
（1）首先将n-Si(111)衬底超声清洗，N2吹干后置于腔体内的基片架上，当腔体内的本底真空达到3×10-4～8×10-3 Pa后，通入Ar气至气压达到0.3～2Pa，调节衬底温度在200～400℃，衬底偏压-800～-1200V，对n-Si(111)衬底进行辉光清洗；
（2）辉光清洗结束后，通入并调节Ar和O2气压在0.3～0.9Pa，开启氧气反馈装置控制O2流量在80～100 sccm，偏压在-80～-200V，温度200～300℃，基片架转速2～4rpm，打开ZnO直流磁控溅射靶，沉积100～400 nm厚的ZnO缓冲层；
（3）通入Ar、N2和O2 气并调节气压在0.5～1.2Pa，Ar流量在50～80sccm，开启氧气反馈装置控制O2流量在40～80sccm，质量流量计控制N2流量在10～30sccm，偏压-100～-180V，衬底温度300～500℃，基片架转速3～5rpm，开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，ZnO合金靶功率在100～300W，Cu金属靶功率在50～90W，制备厚度为200～600 nm的p型ZnCuNO铁磁层；
（4）通入Ar和O2混合气体并控制气压在0.3～0.8Pa，质量流量计控制Ar气流量在50～100sccm，氧气反馈装置控制O2流量在60～80sccm，衬底温度200～300℃，偏压-100～-160V，基片架转速2～4rpm，同时打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，分别控制功率在100～400W和30～120W，沉积厚度为300～800 nm的n型ZnCoLiO铁电层；
（5）通入Ar气，控制气压在0.4～1.2Pa，质量流量计控制Ar流量在70～120sccm，温度控制在100～150℃，控制磁控溅射靶功率在100～150W，生长厚度为50～200 nm的Au/Ni顶层电极层；
（6）通入Ar气，控制气压在0.3～1.2Pa，质量流量计控制Ar流量在80～110sccm，温度控制在100～130℃，控制磁控溅射靶功率在80～150W，生长厚度为80～150 nm的底层电极层。
提供上述任意一种同质PN结在信息存储中的应用。
提供上述任意一种同质PN结在制备高密度存储材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结，包括沉积于n-Si(111)衬底基体上的ZnO缓冲层、沉积于ZnO缓冲层上的p型ZnCuNO铁磁层、沉积于ZnCuNO铁磁层上的n型ZnCoLiO铁电层、顶层电极层和底层电极层；该磁电耦合同质PN结与Si具有良好的晶格匹配性，且具有良好的铁电性和铁磁性以及磁电耦合特性，具有电荷、自旋两个自由度，可以通过外加电场和磁场对它们分别进行控制，用来设计研制三进制或四进制存储器件，实现信息的高密度存储，在新型高密度存储器领域具有重大的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制得的p型ZnCuNO铁磁层在不同退火温度下的磁滞回线（a）和零场加场曲线（b）。
图2为实施例5制得的n型ZnCoLiO铁电层在不同Co掺杂量下的电滞回线。
图3为实施例5制得的ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结的n型ZnCoLiO铁电层（38.2 at.% Zn；3.2 at.% Co；14.7 at.% Li；43.9 at.% O）的I-V特性曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例的ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将n-Si(111)衬底超声清洗，N2吹干后置于腔体内的基片架上，当腔体内的本底真空达到3×10-4 Pa后，通入Ar气至气压达到0.8Pa，调节衬底温度在400℃，衬底偏压-800V，对n-Si(111)衬底进行辉光清洗。
（2）辉光清洗结束后，通入并调节Ar和O2气压在0.9Pa，开启氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，偏压在-200V，温度300℃，基片架转速3 rpm，打开ZnO直流磁控溅射靶，沉积400 nm厚的ZnO缓冲层。
（3）通入Ar、N2和O2 气并调节气压在1.2Pa，Ar流量在80sccm，开启氧气反馈装置控制O2流量在60 sccm，质量流量计控制N2流量在30sccm，偏压-180V，衬底温度500℃，基片架转速3 rpm，开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，ZnO合金靶功率在300W，Cu金属靶功率在60W，制备厚度为600 nm的p型ZnCuNO铁磁层，所制得的p型ZnCuNO铁磁层中，各原子百分比如下：45.8 at.% Zn；4.8 at.% Cu；6.4 at.% N；43 at.% O。
（4）通入Ar和O2混合气体并控制气压在0.5 Pa，质量流量计控制Ar气流量在100sccm，氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，衬底温度300℃，偏压-100V，基片架转速4rpm，同时打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，分别控制功率在400W和40W，沉积厚度为500 nm的n型ZnCoLiO铁电层，所制得的n型ZnCoLiO铁电层中，各原子百分比如下：38.6 at.% Zn；8.3 at.% Co；12.8 at.% Li；40.3 at.% O。
（5）通入Ar气，控制气压在1.2Pa，质量流量计控制Ar流量在120sccm，温度控制在150℃，控制磁控溅射Au靶和Ni靶功率在150W，生长厚度为200 nm的Au/Ni（Au 100 nm，Ni 100 nm）顶层电极层。
（6）通入Ar气，控制气压在0.8Pa，质量流量计控制Ar流量在90sccm，温度控制在130℃，控制磁控溅射Al靶和Ti功率在100W，生长厚度为120 nm的底层电极层（Al 60 nm， Ti 60 nm）。
如图1所示，本实施例制得的ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结具有良好的室温铁磁性，铁磁温度远远大于300K。
实施例2
本实施例的ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将n-Si(111)衬底超声清洗，N2吹干后置于腔体内的基片架上，当腔体内的本底真空达到3×10-4 Pa后，通入Ar气至气压达到0.9 Pa，调节衬底温度在400℃，衬底偏压-900V，对n-Si(111)衬底进行辉光清洗。
（2）辉光清洗结束后，调节Ar和O2气压在0.9Pa，开启氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，偏压在-200V，温度300℃，基片架转速3 rpm，打开ZnO直流磁控溅射靶，沉积400 nm厚的ZnO缓冲层。
（3）通入Ar、N2和O2 气并调节气压在1.2Pa，Ar流量在80sccm，开启氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，质量流量计控制N2流量在30sccm，偏压-180V，沉底温度500℃，基片架转速5rpm，开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，ZnO合金靶功率在205W，Cu金属靶功率在95W，制备厚度为530 nm的p型ZnCuNO铁磁层，所制得的p型ZnCuNO铁磁层中，各原子百分比如下：41.8 at.% Zn；8.8 at.% Cu；6.6 at.% N；42.8 at.% O。
（4）通入Ar和O2混合气体并控制气压在0.5 Pa，质量流量计控制Ar气流量在100sccm，氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，衬底温度300℃，偏压-100V，基片架转速4rpm，同时打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，分别控制功率在400W和40W，沉积厚度为500 nm的n型ZnCoLiO铁电层，所制得的n型ZnCoLiO铁电层中，各原子百分比如下：42 at.% Zn；4.8 at.% Co；13 at.% Li；40.2 at.% O。
（5）通入Ar气，控制气压在1.2Pa，质量流量计控制Ar流量在120sccm，温度控制在120℃，控制磁控溅射Au靶和Ni靶功率在150W，生长厚度为200 nm的Au/Ni顶层电极层。
（6）通入Ar气，控制气压在0.8Pa，质量流量计控制Ar流量在90sccm，温度控制在110℃，控制磁控溅射Al靶和Ti靶功率在100W，生长厚度为90 nm的底层电极层。
实施例3
本实施例的ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将n-Si(111)衬底超声清洗，N2吹干后置于腔体内的基片架上，当腔体内的本底真空达到3×10-4 Pa后，通入Ar气至气压达到1.8 Pa，调节衬底温度在400℃，衬底偏压-800V，对n-Si(111)衬底进行辉光清洗。
（2）辉光清洗结束后，调节Ar和O2气压在0.9Pa，开启氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，偏压在-200V，温度300℃，基片架转速4rpm，打开ZnO直流磁控溅射靶，沉积400 nm厚的ZnO缓冲层。
（3）通入Ar、N2和O2 气并调节气压在1.2Pa，Ar流量在80sccm，开启氧气反馈装置控制O2流量在60sccm，质量流量计控制N2流量在30sccm，偏压-180V，沉底温度400℃，基片架转速5rpm，开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，ZnO合金靶功率在200W，Cu金属靶功率在60W，制备厚度为580 nm的p型ZnCuNO铁磁层。所制得的p型ZnCuNO铁磁层中，各原子百分比如下：45.6 at.% Zn；5.2 at.% Cu；4.5 at.% N；44.7 at.% O。
（4）通入Ar和O2混合气体并控制气压在0.8Pa，质量流量计控制Ar气流量在100sccm，氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，衬底温度300℃，偏压-100V，基片架转速4rpm，同时打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，分别控制功率在400W和70W，沉积厚度为510 nm的n型ZnCoLiO铁电层，所制得的n型ZnCoLiO铁电层中各原子百分比如下：38.2 at.% Zn；9 at.% Co；12.8 at.% Li；40 at.% O。
（5）通入Ar气，控制气压在1.2Pa，质量流量计控制Ar流量在120sccm，温度控制在150℃，控制磁控溅射Au靶和Ni靶功率在150W，生长厚度为200 nm的Au/Ni顶层电极层（Au 100 nm， Ni 100 nm）。
（6）通入Ar气，控制气压在0.8Pa，质量流量计控制Ar流量在90sccm，温度控制在130℃，控制磁控溅射Al靶和Ti靶功率在100W，生长厚度为120 nm的底层电极层（Al 60 nm， Ti 60 nm）。
实施例4
本实施例的ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将n-Si(111)衬底超声清洗，N2吹干后置于腔体内的基片架上，当腔体内的本底真空达到3×10-4 Pa后，通入Ar气至气压达到1.2Pa，调节衬底温度在300℃，衬底偏压-800V，对n-Si(111)衬底进行辉光清洗。
（2）辉光清洗结束后，通入并调节Ar和O2气压在0.9Pa，开启氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，偏压在-200V，温度300℃，基片架转速2rpm，打开ZnO直流磁控溅射靶，沉积400 nm厚的ZnO缓冲层。
（3）通入Ar、N2和O2 气并调节气压在1.2Pa，Ar流量在80sccm，开启氧气反馈装置控制O2流量在60sccm，质量流量计控制N2流量在30sccm，偏压-180V，沉底温度400℃，基片架转速3rpm，开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，ZnO合金靶功率在208W，Cu金属靶功率在75W，制备厚度为400 nm的p型ZnCuNO铁磁层，所制得的p型ZnCuNO铁磁层中各原子百分比如下：所制得的p型ZnCuNO铁磁层中，各原子百分比如下：40.2 at.% Zn；7.5 at.% Cu；7.8 at.% N；44.8 at.% O。
（4）通入Ar和O2混合气体并控制气压在0.7Pa，质量流量计控制Ar气流量在100sccm，氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，衬底温度300℃，偏压-100V，基片架转速4rpm，同时打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，分别控制功率在400W和100W，沉积厚度为680 nm的n型ZnCoLiO铁电层，所制得的n型ZnCoLiO铁电层中各原子百分比如下：所制得的n型ZnCoLiO铁电层中各原子百分比如下：34.2 at.% Zn；10.1 at.% Co；15 at.% Li；40.7 at.% O。
（5）通入Ar气，控制气压在1.2Pa，质量流量计控制Ar流量在120sccm，温度控制在150℃，控制磁控溅射靶功率在150W，生长厚度为200 nm的Au/Ni顶层电极层。
（6）通入Ar气，控制气压在0.8Pa，质量流量计控制Ar流量在90sccm，温度控制在100℃，控制磁控溅射靶功率在100W，生长厚度为120 nm的底层电极层。
实施例5
本实施例的ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先将n-Si(111)衬底超声清洗，N2吹干后置于腔体内的基片架上，当腔体内的本底真空达到3×10-4 Pa后，通入Ar气至气压达到1.3Pa，调节衬底温度在400℃，衬底偏压-800V，对n-Si(111)衬底进行辉光清洗。
（2）辉光清洗结束后，调节Ar和O2气压在0.9Pa，开启氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，偏压在-200V，温度300℃，基片架转速2rpm，打开ZnO直流磁控溅射靶，沉积400 nm厚的ZnO缓冲层。
（3）通入Ar、N2和O2 气并调节气压在1.2Pa，Ar流量在80sccm，开启氧气反馈装置控制O2流量在50sccm，质量流量计控制N2流量在30sccm，偏压-180V，沉底温度500℃，基片架转速4rpm，开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，ZnO合金靶功率在200W，Cu金属靶功率在65W，制备210 nm厚的p型ZnCuNO铁磁层，所制得的p型ZnCuNO铁磁层中各原子百分比如下：所制得的p型ZnCuNO铁磁层中，各原子百分比如下：39.6 at.% Zn；4.9 at.% Cu；6.8 at.% N；48.7 at.% O。
（4）通入Ar和O2混合气体并控制气压在0.5Pa，质量流量计控制Ar气流量在100sccm，氧气反馈装置控制O2流量在80sccm，衬底温度300℃，偏压-100V，基片架转速4rpm，同时打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，分别控制功率在290W和30～120W，沉积厚度为500 nm的n型ZnCoLiO铁电层，所制得的4组不同Co含量的n型ZnCoLiO铁电层，其各原子百分比如下：（1）36.2 at.% Zn；2.5 at.% Co；14.5 at.% Li；46.8 at.% O。（2）38.2 at.% Zn；3.2 at.% Co；14.7 at.% Li；43.9 at.% O。（3）36.4 at.% Zn；5.3 at.% Co；14.8 at.% Li；43.5 at.% O。（4）34.2 at.% Zn；8.8 at.% Co；14.6 at.% Li；42.4 at.% O。
（5）通入Ar气，控制气压在1.2Pa，质量流量计控制Ar流量在120sccm，温度控制在150℃，控制磁控溅射Au靶和Ti靶功率在150W，生长厚度为200 nm的Au/Ni（Au 100 nm，Ni 100 nm）顶层电极层。
（6）通入Ar气，控制气压在0.8Pa，质量流量计控制Ar流量在90 sccm，温度控制在130℃，控制磁控溅射Al靶和Ti靶功率在100W，生长厚度为120 nm的底层电极层 （Al 60 nm， Ti靶 60 nm）。
本实施例制得的PN结的铁电性质如图2所示，在不同的Co金属掺杂量下，ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结具有良好的电滞回线特性。
在本实施例制得的ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结中，当n型ZnCoLiO铁电层各原子百分比如下： 38.2 at.% Zn；3.2 at.% Co；14.7 at.% Li；43.9 at.% O时，具有较好的PN性能，其不同温度的I-V特性曲线如附图3所示。
Claims (10)
1.一种ZnCuNO/ZnCoLiO多铁性磁电耦合同质PN结，包括顶层电极层和底层电极层，其特征在于，还包括沉积于n-Si(111)衬底基体上的ZnO缓冲层、沉积于ZnO缓冲层上的p型ZnCuNO铁磁层、沉积于ZnCuNO铁磁层上的n型ZnCoLiO铁电层。
2.根据权利要求1所述的同质PN结，其特征在于，所述ZnO缓冲层的厚度为100～400 nm，p型ZnCuNO铁磁层的厚度为200～600 nm，n型ZnCoLiO铁电层的厚度为300～800 nm，Au/Ni顶层电极层的厚度为50～200 nm，Al/Ti底层电极层的厚度为80～150 nm。
3.根据权利要求1所述的同质PN结，其特征在于，所述p型ZnCuNO铁磁层的各原子百分比如下：32～46 at.% Zn、4.8～14.2 at.% Cu、4.2～8.9 at.% N、42～51.2 at.% O。
4.根据权利要求1所述的同质PN结，其特征在于，所述n型ZnCoLiO铁电层的各原子百分比如下：34～42.6 at.% Zn、2.2～10.3 at.% Co、12～24 at.% Li、38～48 at.% O。
5.根据权利要求4所述的同质PN结，其特征在于，所述n型ZnCoLiO铁电层的Co原子百分比为2.5～8.8 at.%。
6.权利要求1至5任一项所述同质PN结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 对n-Si(111)衬底进行辉光清洗后，打开ZnO直流磁控溅射靶，沉积ZnO缓冲层；
S2. 开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，制备p型ZnCuNO铁磁层；
S3. 同时打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，沉积n型ZnCoLiO铁电层；
S4. 沉积Au/Ni顶层电极层和Al/Ti底层电极层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，S2是通入Ar、N2和O2 气并调节气压在0.5～1.2Pa，Ar流量在50～80sccm，控制O2流量在40～80sccm，N2流量在10～30sccm，偏压-100～-180V，衬底温度300～500℃，基片架转速3～5rpm，开启直流磁控溅射ZnO合金靶及Cu金属靶，ZnO合金靶功率在100～300W，Cu金属靶功率在50～90W，制备厚度为200～600 nm的p型ZnCuNO铁磁层。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，S3是通入Ar和O2混合气体并控制气压在0.3～0.8Pa，控制Ar气流量在50～100sccm，O2流量在60～80sccm，衬底温度200～300℃，偏压-100～-160V，基片架转速2～4rpm，打开直流磁控溅射ZnLiO合金靶和Co金属靶，分别控制功率在100～400W和30～120W，沉积厚度为300～800 nm的n型ZnCoLiO铁电层。
9.权利要求1至5任一项所述同质PN结在信息存储中的应用。
10.权利要求1至5任一项所述同质PN结在制备高密度存储材料中的应用。
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