龐磁阻La-,1-x-Sr-,x-MnO-,3-基PN結(jié)的制備與性能研究.pdf

1、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物具有接近100％的自旋極化率，在鐵磁居里溫度附近表現(xiàn)出龐大磁電阻效應(yīng)而引起了廣泛的關(guān)注。正是由于磁存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)對(duì)更敏感和具有更快響應(yīng)速度的磁探測(cè)器的需求以及這一系統(tǒng)在其中的應(yīng)用前景，鈣鈦礦錳氧化物及其龐磁阻效應(yīng)成了人們研究的焦點(diǎn)。在鈣鈦礦錳氧化物龐磁阻材料中，Sr摻雜的錳酸鑭(LaMnO<,3>)相較于其他材料具有較高的居里溫度及相對(duì)較大的龐磁阻特性，其在高密度讀出磁頭方面潛在的巨大市場(chǎng)更是受到了格外的重視。同時(shí)注意到一

2、定Sr摻雜的錳酸鑭(La<,x>Sr<1-x>MnO<,3>)是P型半導(dǎo)體，如果能將這種龐磁阻材料引入N型半導(dǎo)體構(gòu)成PN結(jié)，會(huì)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的探索以及新型器件的開(kāi)發(fā)都有著非常重要的意義。本論文旨在利用工業(yè)化磁控濺射方法在較為經(jīng)濟(jì)的LaAlO<,3>和Si單晶襯底上制備出La<,x>Sr<,1-x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結(jié)，并取得了以下4點(diǎn)工作進(jìn)展： 1．成功地獲得了利用磁控濺射方法在LaAlO<,3>和Si單晶襯底上制備

3、單層La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>薄膜的最佳工藝條件。通過(guò)單層La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>薄膜結(jié)構(gòu)及磁電學(xué)性能的研究分析發(fā)現(xiàn)：不同Sr摻雜的單層La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>薄膜表現(xiàn)出截然不同的性質(zhì)。例如La<,0.5>Sr<,0.5>MnO<,3>薄膜表現(xiàn)出自旋玻璃態(tài)行為，居里溫度大約為310K；而La<,0.7>Sr<,0.3>MnO<,3>薄膜中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)自旋玻璃態(tài)行為，但居里溫度遠(yuǎn)大于310K

4、。對(duì)單層La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>薄膜的認(rèn)知，為成功引入TiO<,2>構(gòu)成La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結(jié)的研究奠定了基礎(chǔ)。 2．成功利用工業(yè)化磁控濺射方法在較為經(jīng)濟(jì)的LaAlO<,3>單晶襯底上制備出 La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2> PN結(jié)，并且該La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2> PN結(jié)具有較好的I-V特性，其表征量I<,+4

5、v>/I<,-4v>≈57，在負(fù)4V電壓內(nèi)漏電流一直保持很小。而其他研究小組，以中科院物理所磁學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的孫繼榮小組的工作為例，他們利用脈沖激光沉積在Nb-SrTiO<,3>上沉積的La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>的PN結(jié)在大于負(fù)2V時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)很大的漏電流。本文克服了其他研究小組利用非工業(yè)化制備方法(激光分子束外延及脈沖激光沉積)在價(jià)格昂貴的N型Nb-SrTiO<,3>單晶襯底上制備龐磁阻基PN結(jié)的限制，成功制備出La

6、<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>龐磁阻材料和TiO<,2>多功能材料集成的La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2> PN結(jié)，這對(duì)于未來(lái)電子器件的多功能化及其產(chǎn)業(yè)化有著重要意義。 3．根據(jù)LaAlO<,3>單晶襯底上制備La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結(jié)的工藝條件，成功利用工業(yè)化磁控濺射方法直接在Si單晶襯底上制備出La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>的P

7、N結(jié)。該La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結(jié)也呈現(xiàn)較好的I-V特性，其表征量I<,+4v>/I<,-4v>≈27，在負(fù)4V內(nèi)漏電流很小。鑒于Si集成電路工藝的普遍性和重要性，該結(jié)果充分證實(shí)了該類(lèi)多功能PN結(jié)器件與Si電路集成的可行性。 4．通過(guò)電學(xué)測(cè)試，觀察到La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結(jié)的接觸電勢(shì)差隨著測(cè)量溫,度升高而降低的現(xiàn)象，這一結(jié)果不僅驗(yàn)證了其他小組提出的能帶