CN2570990Y - 一种掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件。它包括：衬底、电极和引线和至少设置1个p－n结结构，该p－n结结构由一层p型掺杂镧锰氧层与一层n型掺杂钛酸钡层，或一层n型掺杂钛酸钡层与p型掺杂镧锰氧层交替设置在衬底上组成；电极分别设置在最上面的p型掺杂镧锰氧层或n型掺杂钛酸钡层和衬底上/或设置在衬底上的第一层p型掺杂镧锰氧层或n型掺杂钛酸钡层上，电极上连接引线。该器件是一种多p－n结结构的高灵敏度磁功能器件，即使在室温和低强度磁场下，也仍然具有很高的灵敏度，可广泛应用于磁探测、磁测量和磁控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种巨磁阻器件，特别涉及一种具有p-n结结构的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件。
背景技术
对于具有电磁特性的功能器件，人们最感兴趣的是它在电场或磁场的作用下，其特性能产生很大甚至戏剧性的变化。自从巨磁阻材料发现以来，在世界范围内掀起了巨磁阻材料的探索与应用的热潮。(如文献1、S.Jin et al.Science，264，431(1994)；文献2、Y.D.Chuang etal.Science，292，1509(2001)；文献3、A.P.Ramirez et al.Science，277，546(1997)；文献4、Y.Shimikawa et al.Nature，379，53(1996))。利用材料的巨磁阻特性，人们已成功地制造出巨磁阻磁头和磁存储器等，并已获得了巨大的经济效益。但是对于电子学应用的最基本结构p-n结，尽管人们经过了很大的努力，但到目前为止，研制出的巨磁阻材料均是p型特性，n型的巨磁阻材料以及巨磁阻p-n结至今还见到报道。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述巨磁阻器件的缺陷，为了提供一种具有巨磁阻p-n结的器件；为了提供一种可广泛应用于磁探测、磁测量、磁控制或磁电子学方面的具有p-n结的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，或由它组成的串联式和多元列阵的巨磁阻p-n结器件。
本实用新型提供的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，包括：衬底、电极和引线；其特征在于：在衬底上还包括至少设置1个p-n结结构或1个以上p-n结结构，该p-n结结构由一层p型掺杂镧锰氧层与一层n型掺杂钛酸钡层，或n型掺杂钛酸钡层与p型掺杂镧锰氧层交替叠层设置在衬底上组成；电极分别设置在最上面的p型掺杂镧锰氧层或n型掺杂钛酸钡层和衬底上/或设置在衬底上的第一层p型掺杂镧锰氧层或n型掺杂钛酸钡层上，电极上连接引线。
所述的巨磁阻器件可以为一个单元，还包括在一块衬底上有2个以上巨磁阻器件单元，并且单个巨磁阻器件单元之间通过电极和引线串联或并联作成串联式或并联式列阵式巨磁阻器件。
所述的衬底包括：衬底材料导电的和衬底材料不导电的；其中导电的衬底材料包括：掺杂钛酸钡、掺杂钛酸锶、掺杂镧锰氧单晶基片、Si、Ge或GaAs等单晶基片；不导电的衬底材料包括：SrTiO3、BaTiO3、LaAlO3、ZrO2或LAST(拉萨特)等单晶基片。
所述的设置在衬底上的p型掺杂镧锰氧层选具有磁特性的La1-xAxMnO3，其中式中A包括Sr、Ca、Ba、Pb、Sn、Te、Nb、Sb或Ta；其x值为0.01～0.4；
所述的设置在衬底上的n型掺杂钛酸钡层选BaDyTi1-yO3或Ba1-yLayTiO3，其中式中D包括Nb、Sb或Ta，其y值为0.005～0.4。
所述的设置在衬底上的n型掺杂钛酸钡层和p型掺杂镧锰氧层的厚度与层数可以是相同的，也可以是不同的；其中每层厚度为8-1μ；其中n型掺杂钛酸钡层至少为一层以上和p型掺杂镧锰氧层的层数至少也为一层以上。
本实用新型的优点在于：
本实用新型选用具有p型和巨磁阻特性的掺杂镧锰氧与具有n型特性的掺杂钛酸钡为基础，利用常规制膜技术和方法，把p型掺杂的镧锰氧材料和n型掺杂的钛酸钡/或n型掺杂的钛酸钡与p型掺杂的镧锰氧材料交替叠层外延在一起；再利用半导体工艺，制备出多种单元、串联式或多元列阵巨磁阻p-n结器件。充分利用了该p-n结具有巨磁阻特性和正反向电流具有相同磁调制特性的特点，把多个p-n结串联，是一种多p-n结结构的高灵敏度磁功能器件，即使在室温和低强度磁场下，也仍然具有很高的灵敏度，可广泛应用于磁探测、磁测量和磁控制。尤其是它外延生长在单晶基底上，甚至可以外延生长在Ge、Si、GaAs等单晶基底上，便于与电子学器件集成，因而在磁电子学方面也有广泛的应用。
附图说明
图1是本实用新型使用导电衬底的巨磁阻器件单元结构示意图
图2是本实用新型使用导电衬底的具有多个p-n结结构的单元巨磁阻器件结构示意图
图3是本实用新型在一导电衬底上串联式巨磁阻器件结构示意图
图4是本实用新型在一导电衬底上有多个单元巨磁阻器件并联组成的多元列阵式结构示意图
图5是本实用新型在不导电衬底的单元巨磁阻器件的结构示意图
图6是本实用新型在不导电衬底上有多个单元巨磁阻器件并联组成的多元列阵式结构示意图
图7是本实用新型在不导电衬底上多个单元巨磁阻器件串联式结构示意图
图面说明如下：
1-导电衬底； 2-掺杂镧锰氧(或掺杂钛酸钡)；
3-掺杂钛酸钡(或掺杂镧锰氧)；4-电极；
5-引线； 6-不导电衬底。
具体实施方式
实施例1
按图1制作一本实用新型的使用导电衬底、具有一个p-n结的巨磁阻器件，下面结合附图和制备方法对本实用新型进行详细说明：采用常规激光分子束外延方法制备膜层，选取基片温度：650℃，氧气压：5×10-3Pa，生长速率：10/分钟的外延生长条件，以SrNb0.01Ti0.99O3的单品导电为衬底1，在其上外延生长350nm厚的p型La0.9Sr0.1MnO3层2和200nm厚的n型BaNb0.1Ti0.9O3层3，把上述制备好的外延片切割成1mm×1mm的方形单元管芯，电极4设置在导电衬底1和n型BaNb0.1Ti0.9O3层3上，用铟把0.2mm的铜线作为引线5焊接在电极4上，制备成图1所示的巨磁阻p-n结器件。
实施例2.
按实施例1制作，只是用p型La0.85Te0.15MnO3代替La0.9Sr0.1MnO3，其La0.85Te0.15MnO3外延层的厚度为400nm，具有p型巨磁阻特性的掺杂镧锰氧与具有n型特性的掺杂钛酸钡的外延层的厚度相同，其它结构同实施例2，制备成在一块衬底上只有一单元巨磁阻p-n结器件。
实施例3
按图2制作一具有多p-n结结构的单元巨磁阻p-n结器件。在SrNb0.01Ti0.99O3的单晶导电衬底1上交替叠层外延生长80nm的p型La0.8Sr0.2MnO3层2，和50nm的n型BaNb0.05Ti0.95O3层3，80nm的p型La0.8Sr0.2MnO3层2，50nm的n型BaNb0.05Ti0.95O3层3，其余结构同
实施例1。
实施例4.
按实施例3制作，用粒子束刻蚀在外延片上刻蚀出1mm×1mm间距0.5mm的单元管芯，把每两个单管芯件切割成一小块，用铟把0.2mm的铜导线焊接在两个单元管芯的最上面外延层作电极(4)和引线(5)，制备图3所示的两个单元器件串联的巨磁阻p-n结器件。
实施例5.
按实施例3制作，把每排10个管芯切割成一块，从10管芯上的电极(4)电极连接引线(5)作单元引线，从基底(1)的电极(4)连接引线(5)作公共电极，制备图4所示的线列式巨磁阻p-n结器件。
实施例6
按实施例3制作，把10排每排10个管芯切割成一块，从这100个管芯上的电极电极(4)连接引线(5)作单元引线，从基底(1)的电极(4)连接引线(5)作公共电极，制备图4所示的10×10多元列阵式巨磁阻p-n结器件。
实施例7.
在SrNb0.1Ti0.9O3的单晶基底(1)上叠层外延生长20个周期20nm厚的La0.8Ca0.2MnO3(2)和10nm厚的BaSb0.1Ti0.9O3(3)。用粒子束刻蚀在外延片上刻蚀0.3mm×0.3mm，间距0.1mm的单元巨磁阻管芯，用光刻和化学腐蚀在每个管芯上制备0.2mm×0.2mm的电极(4)，把两个管芯切割成一块，从两个管芯上的电极连接引线(5)，制备出图3所示的串联式的巨磁阻p-n结器件。
实施例8.
在SrTiO3基底(6)上首先外延300nm厚的BaNb0.4Ti0.6O3(2)，再在BaNb0.4Ti0.6O3上交替外延10个周期100nm厚的La0.75Sr0.25MnO3(3)和100nm厚的BaNb0.1Ti0.9O3(2)。用粒子束刻蚀，在外延片上刻蚀直径0.5mm、间距1.5mm的单元巨磁阻器件，刻蚀到SrTiO3基底(6)上300nm厚的BaNb0.4Ti0.6O3(3)层为止。然后真空蒸镀约200nm金膜，用光刻和化学腐蚀方法，在直径0.5mm的管芯上和1.5mm间距处的第一外延层(2)上各制备直径0.3mm的电极(4)。把制备好的外延片沿管芯切割成单个管芯，用点焊机在直径0.3mm的金膜电极(4)上连接引线(5)，制备图5所示的单元巨磁阻p-n结器件。
实施例9.
在SrTiO3基底(6)上首先外延300nm厚的BaNb0.4Ti0.6O3(2)，再在BaNb0.4Ti0.6O3上交替外延10个周期100nm厚的La0.75Sr0.25MnO3(3)和100nm厚的BaNb0.1Ti0.9O3(2)。用粒子束刻蚀，在外延片上刻蚀1mm×1mm、间距1.5mm的单元巨磁阻器件，刻蚀到SrTiO3基底(6)上300nm厚的BaNb0.4Ti0.6O3(3)层为止。然后真空蒸镀约200nm金膜，用光刻和化学腐蚀方法，在1mm×1mm的管芯上和1.5mm间距处的第一外延层(2)上各制备直径0.5mm的电极(4)。把制备好的外延片切割成8单个管芯为一组，用点焊机在直径0.5mm的金膜电极(4)上连接引线(5)，制备图6所示的多元列阵式巨磁阻p-n结器件。
实施例10.
按实施例11制作，把制备好的外延片切割成8单个管芯为一组，制备图7所示的串联式巨磁阻p-n结器件。
Claims (8)
1.一种掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，包括：衬底、电极和引线；其特征在于：在衬底上还包括至少设置1个p-n结结构或1个以上p-n结结构，该p-n结结构由一层p型掺杂镧锰氧层与一层n型掺杂钛酸钡层，或一层n型掺杂钛酸钡层与p型掺杂镧锰氧层交替设置在衬底上组成；电极分别设置在最上面的p型掺杂镧锰氧层或n型掺杂钛酸钡层和衬底上/或设置在衬底上的第一层p型掺杂镧锰氧层或n型掺杂钛酸钡层上，电极上连接引线。
2.按权利要求1所述的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，其特征在于：还包括在一块衬底上有2个以上巨磁阻器件单元，并且各巨磁阻器件单元之间通过电极和引线串联或并联组成列阵巨磁阻器件。
3.按权利要求1或2所述的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，其特征在于：所述的衬底材料包括：导电的和不导电的衬底材料。
4.按权利要求3所述的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，其特征在于：所述的导电的衬底材料包括：掺杂钛酸钡、掺杂钛酸锶、掺杂镧锰氧单晶基片、锶、Ge或砷化镓单晶基片。
5.按权利要求3所述的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，其特征在于：所述的不导电的衬底材料包括：钛酸锶、钛酸钡、铝酸镧、氧化锆或拉萨特单晶基片。
6.按权利要求1或2所述的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，其特征在于：所述的p型掺杂镧锰氧层选具有磁特性的La1-xAxMnO3，其中式中A包括Sr、Ca、Ba、Pb、Sn、Te、Nb、Sb或Ta；其x值为0.01~0.4；
7.按权利要求1或2所述的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，其特征在于：所述的n型掺杂钛酸钡层选BaDyTi1-yO3或Ba1-yLayTiO3，其中式中D包括Nb、Sb或Ta，其y值为0.005~0.4。
8.按权利要求1或2所述的掺杂钛酸钡和掺杂镧锰氧巨磁阻器件，其特征在于：所述的n型掺杂钛酸钡层和p型掺杂镧锰氧层的厚度与层数可以是相同的，也可以是不同的；其中每层厚度为8-1μ。
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