專利名稱：氧化物p-i-n結器件及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氧化物P-i_n結器件及其制備方法，更具體地涉及全金屬性氧化物 p-i-n結器件及其制備方法。
背景技術：
傳統(tǒng)的半導體p-n結作為半導體集成電路中的基本元件在半導體電子工業(yè)中得到 廣泛的應用。常見的半導體材料如硅和鍺其本征晶體導電性很弱，而通過引入不同 價態(tài)的雜質元素使得半導體晶體變?yōu)橐噪娮訛橹饕d流子的n型半導體或以空穴為主 要載流子的p型半導體。將合適的p型和n型半導體結合在一起，p型半導體和n型半 導體之間的載流子由于電子濃度差相互擴散，在兩種半導體相互接觸的界面附近由于 電子與空穴兩種載流子的復合而形成了一定厚度的自由載流子耗盡層，而且由于載流 子的重新分布在pn極之間也產生了一個自建電場以阻擋由于濃度梯度造成的進一步擴 散，內電場的建立將會阻礙半導體中的多數載流子的擴散，在外加偏壓電場與內電場 方向相同時，將進一步阻礙多數載流子的擴散，結呈現(xiàn)高電阻態(tài)；而外加偏壓電場與 內電場方向相反時，內電場將被削弱或抵消，多數載流子的擴散變得容易起來，整個 結則呈現(xiàn)低阻態(tài)。因此結具有了單向導電性。半導體材料本身因為其多數載流子是通 過熱激發(fā)而產生的，隨著溫度的改變在數量上會有很大的變化，因此其工作溫區(qū)一般 是在室溫附近一個較窄的溫度區(qū)間內。同時一般的半導體材料對于低磁場并不敏感， 由其構成的二極管器件是不能受到弱磁場調制，這就限制了其的應用范圍。
氧化物由于其本身可能具有各種特性，如超導電性，鐵電性，超大磁電阻效應等， 因而受到了越來越多的關注。并且，由于材料的不同，存在著兩種類型的氧化物以 空穴為主要載流子的p型氧化物，和以電子為主要載流子的n型氧化物。以相應的p 型氧化物和n型氧化物來分別替代傳統(tǒng)半導體材料中的p型半導體和n型半導體，這 樣形成了一個新的領域一氧化物電子學。氧化物電子學的應用也引起了廣泛的關注， 對這個領域的最基本單元一二極管器件進行了深入的研究。從機理上來講，基本的二 極管器件分由對應的p極和n極組成，空間耗盡層和內建電場的建立是二級管單向導電性得以實現(xiàn)的關鍵。因此要使用氧化物材料實現(xiàn)這些功能，也需要設法構建相應的 空間耗盡層及內建電場。
氧化物二極管整流器件的實現(xiàn)有幾種不同的途徑，如P型半導體性的氧化物和n 型半導體性的氧化物結合(Atsushi Kudo, Hiroshi Yanagi, Kazushige Ueda， Hideo Hosono, and Hiroshi Kawazoe and Yoshihiko Yano， Appl. Phys. Lett. 75， 2851 (1999)) ,p型(或n型)金屬型的氧化物和傳統(tǒng)的半導體材料結合(Yanhong Huang, Kun Zhao， Huibin Lu, Kui-juan Jin, Meng He, Zhenghao Chen, Yueliang Zhou, and Guozhen Yang, A卯l. Phys. Lett. 88, 061919 (2006))。在上述現(xiàn)有技術中，還沒 有全部采用金屬性氧化物的結構。
只是將氧化物材料合成二級管器件而不對材料的性質做要求，這并不能充分發(fā)揮 氧化物材料本身的特點。這是因為氧化物材料的特殊的性質，如超導電性和超大磁電 阻效應， 一般在材料本身呈金屬性時效應最大。如果部分地采用金屬性的新材料，或 者完全用半導體性的氧化物材料構建二極管，則在一定程度上不能獲得由氧化物材料 本身的上述特性而導致的特殊效應。從實際出發(fā)，希望充分發(fā)揮氧化物材料本身的特 性，使其自身的電輸運特性結合到傳統(tǒng)的二極管器件中，從而獲得具備新功能的新型 器件。因此，存在著對全金屬性氧化物異質結器件的需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種充分發(fā)揮氧化物材料本身的特性，使其自身的電輸 運特性結合到傳統(tǒng)的二極管器件中，可以在很寬的溫度范圍內具有良好的整流特性、 大的整流系數、較高的反向擊穿電壓的全金屬性氧化物p-i-n結器件及其制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的-
本發(fā)明提供的氧化物p-i-n結器件，包括襯底，在襯底之上形成的p型氧化物層， 在P型氧化物層上形成的n型氧化物層，以及分別形成在p型氧化物層和n型氧化物 層上用于連接引線的引出端；其特征在于還包括夾在所述p型氧化物層和所述n型 氧化物層之間的鐵電體勢壘層；所述n型氧化物層和所述鐵電體勢壘層兩層設置在所 述的p型氧化物層的一側，其占p型氧化物層面積的l/3 2/3，其余部分作為p型氧 化物層的引出端；所述n型氧化物層表面作為n型氧化物層的引出端，在p型氧化物 層和n型氧化物層的引出端上分別制作用于連接引線的貴金屬焊盤；所述p型氧化物
層和所述n型氧化物層均為金屬性的。
在上述的技術方案中，所述襯底包括SrTi03 (簡稱STO) 、 MgO或LaA103單晶片。
在上述的技術方案中，所述的鐵電體勢壘層為鋯鈦酸鉛(PZT)、BaTi03或BahSr;TiO:, 材料，其中0〈e〈0.5，所述鐵電體勢壘層厚度為10 50nm。
在上述的技術方案中，所述p型氧化物層為氧化物磁電阻材料、P型氧化物超導或 P型介電材料；所述P型氧化物層的厚度為50 200 nm。
在上述的技術方案中，所述氧化物磁電阻材料包括鐵磁性的鈣鈦礦結構的錳氧化 物材料；
所述鐵磁性的鈣鈦礦結構的錳氧化物材料包括Lai-xCaxMn03、 La,-ySryMn03和 PiVzCazMn03，其中，0. 2<x<0.4， 0.2<y〈0.4， 0. 2〈z〈0. 4;
所述p型氧化物超導材料包括釔鋇銅氧(YBCO)和鑭鍶銅氧(LSCO); 所述P型介電材料包括鋯鈦酸鉛(PZT)。
在上述的技術方案中，所述n型氧化物層為鈣鈦礦結構的電子型高溫超導銅氧化 物、n型氧化物磁性材料或n型介電材料；所述n型氧化物層的厚度為50 200nm。
在上述的技術方案中，所述鈣鈦礦結構的電子型高溫超導銅氧化物包括
La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 PiVcCecCu04和(SivfYf)Cu02，式中的Y為Nd、 La或Pr，其中，
0. 08<a〈0. 16， 0. 13<b〈0. 16， 0. 13<c〈0. 16， 0. Kf〈0. 15;
所述n型氧化物磁性材料包括La,-dCeaMn03,其中0. 2〈d〈0. 4; 所述n型介電材料包括鈦酸鋇(BaTi03)和摻Nb鈦酸鍶(Nb_SrTi03)。 在上述的技術方案中，所述的貴金屬材料包括銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)。 這種p-i-n結在很寬的溫度范圍內具有良好的整流特性、大的整流系數、較高的
反向擊穿電壓。并且，通過一定的制備方法保證構成異質結構各層的氧化物仍舊保持
了其各自的電學特性，例如對磁場具有較大的響應。
本發(fā)明提供的制備氧化物p-i-n結器件的方法，包括以下步驟
1) 選擇SrTi03、 MgO或LaA103單晶片作為襯底，采用常規(guī)制作半導體器件的清洗 工藝，將襯底清洗干凈；
2) 在真空鍍膜機中進行真空鍍膜，依次在襯底上原位生長一層p型金屬性氧化物 層、鐵電體勢壘層和p型氧化物層；其中生長溫度600 70(TC 、背底真空度優(yōu)于1X 10—4 Pa;沉積氣壓為10 50Pa純氧環(huán)境下；
所述的P型金屬性氧化物層厚度50 200 nm，所述的鐵電體勢壘層厚度10 50 mii， 所述的n型金屬性氧化物層厚度50 200 rnn;
3) 在步驟2)制得的樣品上進行涂膠、曝光、顯影定影，樣品上保留具有圖形的 光刻膠薄膜層，該圖形和玻璃光刻掩模板上的圖形一樣，再將該樣品放入離子束刻蝕 機的真空腔體中，進行離子束刻蝕；刻蝕的厚度以刻透n型氧化物層和鐵電體勢壘層 兩層薄膜為準，形成n型氧化物層引出端；
4) 經過刻蝕的多層膜從真空腔體取出，用溶膠劑洗去光刻膠，在n型氧化物層和 p型氧化物層的引出端鍍上貴金屬焊盤，將導電引線分別固定在P型氧化物層和n型氧 化物層引出端的金屬焊盤上，制成本發(fā)明的全金屬性氧化物p-i-n結器件。
在上述的技術方案中，所述的p型氧化物層釆用氧化物磁電阻材料，P型氧化物超 導材料或P型介電材料。
在上述的技術方案中，所述氧化物磁電阻材料包括鐵磁性的鈣鈦礦結構的錳氧化 物材料；
所述鐵磁性的鈣鈦礦結構的錳氧化物材料包括La,-,CaJn03、 Lai-ySryMn03和 PiVzCazMn03，其中，0.2<x<0.4， 0. 2<y<0. 4， 0. 2<z<0. 4;
所述P型氧化物超導材料包括釔鋇銅氧(YBCO)和鑭鍶銅氧(LSCO); 所述P型介電材料包括鋯鈦酸鉛(PZT)。
在上述的技術方案中，所述n型氧化物層為鈣鈦礦結構的電子型高溫超導銅氧化 物、n型氧化物磁性材料或n型介電材料。
在上述的技術方案中，所述鈣鈦礦結構的電子型高溫超導銅氧化物包括 La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 Pr2-cCecCu0j (Sr,-fYf)Cu02，式中的Y為Nd、 La或Pr，其中， 0. 08<a<0. 16， 0. 13<b〈0. 16, 0. 13〈c〈0. 16， 0. Kf<0. 15;
所述n型氧化物磁性材料包括Lai-dCedMn03，其中0. 2<d<0. 4;
所述n型介電材料包括鈦酸鋇(BaTi03)和摻Nb鈦酸鍶(Nb-SrTi03)。
在上述的技術方案中，所述的鐵電體勢壘層為鋯鈦酸鉛、BaTi03或BahSrJi03材 料，其中0<e<0. 5。
在上述的技術方案中，所述的貴金屬材料包括Ag、 Au、 Pt。 本發(fā)明的優(yōu)點-
在本發(fā)明的氧化物異質結器件中，勢壘層材料不僅在P型氧化物層和n型氧化物層 之間提供空間耗盡層，同時由于其鐵電性，在外加電場的情況下可以產生一個反向極 化場。在p型氧化物層和n型氧化物層保持金屬性的情況下，雖然材料本身的載流子 數量也會隨溫度變化而變化，但是變化的幅度比半導體材料在相同的溫度范圍要小得 多，因此，可以在很寬的溫度范圍內保持結的整流特性，從而所得到的器件可以在溫 度變化較大的環(huán)境中穩(wěn)定地工作。P型氧化物層和n型氧化物層之間的結電阻隨著外加 偏置電壓變化，產生規(guī)律性的逐漸變化。在外加偏置電壓達到一定值時，正向電阻和 反向電阻表現(xiàn)出幾個數量級上的差異。在外加偏壓為正向的時候，當電壓值從零開始 逐漸增大時，結電流(即從導電引線引入通過整個結的電流)，在開始緩慢增大，當 電壓值達到一定的值時(以下簡稱正向開啟電壓)電流增大開始加劇。而在外加偏置 電壓為反向的時候，從零開始到一個相對較高的電壓值，結電流值一直保持為一個極 小的值，隨著電壓值緩慢增大。整個結在一定的較寬的外加電壓范圍內表現(xiàn)為單向導 通的特點，從而使整個結具有了整流特性。
并且，如果采用鈣鈦礦型錳氧化物超大磁電阻材料形成異質結構p型氧化物層，那 么P型氧化物層既具有金屬性，又具有磁電阻效應，從而結電阻會受到外加磁場的調 制作用。在外加正向偏壓的時候，結的電阻隨著外加磁場的增大而變小，并且，即使 外加磁場較小，結電阻也能表現(xiàn)出明顯的變化，從而可用作磁探測傳感器件。
另一方面，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，異質結的各層全部由鈣鈦礦型氧化物材料 形成，因此有利于形成外延結構，能夠作為基本的工作單元集成在氧化物電路中。
本發(fā)明的制備方法簡單，結構易于實現(xiàn)，有利于推廣到大規(guī)模集成化生產；集成多 種氧化物材料于一體，實現(xiàn)了單一器件功能的多樣化。


圖1A-1B.根據本發(fā)明的全金屬性氧化物p-i-n結器件的結構的示意性斜視圖和側 視圖。
圖2.根據本發(fā)明的全金屬性氧化物p-i-n結在不同溫度下的電流一電壓(I一V) 曲線。
圖3.根據本發(fā)明的全金屬性氧化物p-i-n結的整流系數隨溫度變化曲線。 圖4.全金屬性氧化物p-i-n結電流一電壓曲線隨外加磁場變化圖。
附圖標記說明
l-n型氧化物層2-鐵電體勢壘層 3-p型氧化物層
4-襯底 5-n型氧化物層上的焊盤 6-p型氧化物層上的焊盤
具體實施例方式
下面結合附圖和制備方法對本發(fā)明的全金屬性氧化物異質結器件進行詳細說明
實施例1
圖1A-lB示出了根據本發(fā)明的全金屬性氧化物p-i-n結器件制作的一種實施例的示 意性斜視圖和側視圖。
本實施例的氧化物異質結器件包括ST0襯底4，在ST0襯底4之上形成的p型氧化 物層3，以提供空穴型載流子，在p型氧化物層上方形成的n型氧化物層l，以提供電 子型載流子，夾在所述P型氧化物層3和所述n型氧化物層1之間的鐵電體勢壘層2; 所述鐵電體勢壘層2為氧化物鐵電材料Ba卜eSr Ji03,所述p型氧化物層3為La,-ySryMn03， 所述n型氧化物層1為La2—aCeaCu04 。通過離子刻蝕工藝將n型氧化物層和鐵電體勢壘 層兩層刻去1/3 2/3的面積，以及分別形成在p型氧化物層3和n型氧化物層1上用 于連接引線的P型氧化物層貴金屬焊盤6和n型氧化物層貴金屬焊盤5。
形成該全金屬氧化物異質結的方法包括如下步驟
1. 首先在真空鍍膜設備中，調整溫度為700'C，背底真空度lX10"Pa;沉積氣壓 為30Pa的純氧環(huán)境下，使用ST0單晶襯底4上依次原位生長p型氧化物層3，該p型 氧化物層為金屬性的鈣鈦礦結構的錳氧化物La卜ySryMn03層，該p型氧化物層厚度為50 nm;生長鐵電勢壘層2，該鐵電勢壘層為金屬性氧化物BahSiVTi03材料層，該鐵電勢 壘層厚度為10nm;和生長n型氧化物層l，該n型氧化物層1為鈣鈦礦結構的電子型 高溫超導銅氧化物La2-aCeaCu04，其中n型氧化物層厚度為150 nm，制成多層膜片-
2. 制備光刻膠掩模首先制備玻璃基掩模板，采用計算機設計好光刻膠掩模所需 的圖形，經電子束曝光將圖形制作到以氧化鉻作為不透光層的硬質掩模上。制備好玻 璃基掩模之后可以正式開始光刻過程。在多層膜樣品上滴上光刻膠，放在甩膠臺上甩 成膠膜，然后在80 'C烘烤固膠。將曝光掩模緊貼在樣品膠膜面之上，在紫外線曝光燈 下曝光60 180秒。以NaOH溶液作為顯影液，將樣品上的膠膜已經曝光的部分去掉， 形成帶有所需圖形的光刻膠掩模，顯影的程度可以在遠離紫外波段的其他可見光源下
觀察以便控制；
3. 離子束刻蝕
將以上制備好的帶有光刻膠掩模的多層膜樣品放入離子刻蝕儀的真空腔體中，對真 空室抽真空，直到真空室中的背底真空度優(yōu)于l.OXl(TPa;充入高純氬氣，真空室內 保持流動的氬氣壓力；
將樣品臺傾斜10 20度，并旋轉樣品臺同時使用循環(huán)水系統(tǒng)對樣品臺進行冷卻， 然后開始刻蝕?？刂瓶涛g時間，以完全刻透P型氧化物層之上的n型氧化物層和鐵電 體勢壘層共兩層膜為準，其中刻蝕掉它們兩層的1/3 2/3的面積，留在p型氧化物層 一側之上；其余部分作為p型氧化物層的引出端；所述n型氧化物層表面作為n型氧 化物層的引出端，在p型氧化物層和n型氧化物層的引出端上分別制作用于連接引線 的貴金屬焊盤；
4. 用溶膠劑丙酮洗去光刻膠；
5. 鍍貴金屬焊盤
將除去光刻膠的多層膜緊貼在相應的金屬掩板一側，金屬掩板在相應的地方為鏤 空，將相應的p型氧化物層和n型氧化物層暴露出來。在多層膜表面沉積上80 120 nm 厚的貴金屬Au電極。
6. 以銦為焊料，將導電引線分別焊接在結n型氧化物層和p型氧化物層引出端的 貴金屬Au焊盤上。
圖2示出了根據本發(fā)明的全金屬性氧化物異質結在不同溫度下的電流一電壓(1_ V)曲線。在從5K到室溫寬溫度范圍內，異質結都能夠保持良好的整流特性，即在一 定的正向外加偏壓下呈現(xiàn)低阻態(tài)，而在反向外加偏壓下呈現(xiàn)高阻態(tài)。其中，整流系數 具有正的溫度系數，反向電流很小，約為1(TA量級，并且具有較高的反向擊穿電壓。
圖3示出了根據本發(fā)明的全金屬性氧化物異質結的整流系數隨溫度變化曲線，其 中，結的整流系數隨溫度上升而增加，但變化很小，表明該異質結器件可以在溫度變 化較大的環(huán)境中穩(wěn)定地工作。
圖4示出了根據本發(fā)明的全金屬性氧化物異質結電流一電壓曲線隨外加磁場變化 圖，在外加磁場分別為O高斯，20高斯，50高斯，100高斯，1000高斯的情況下測量 的I一V曲線，在相同的正向外置偏壓下，結電流隨著外加磁場變大而明顯增大。在不 同磁場下I-V曲線的變化表明該異質結的結電阻響應外磁場的變化而改變，從而可以將該異質結器件作為磁探測傳感器件。
實施例2
5. 完成實例1中的步驟1 4以后，再使用勻膠機在多層膜表面甩上一層均勻的光 刻膠。并采用一塊玻璃基掩模板在多層膜上制備光刻膠掩模。
6. 采用直流磁控濺射設備，在直流濺射的模式下，在多層膜上鍍上一層貴金屬Ag。
7. 將鍍過Ag的多層膜用丙酮清洗，原來有光刻膠掩模圖形的部分的光刻膠和其上 的Ag將會被丙酮溶液洗掉，而沒有光刻膠掩模處的Ag將會保留下來作為焊盤。
8. 用銦為焊料，將導電引線分別焊接在p型氧化物層和n型氧化物層引出端的焊 盤上。
實施例3
1..首先在真空鍍膜設備中，調整溫度為680'C，背底真空度5X10—5Pa;沉積氣壓 為30Pa的純氧環(huán)境下，使用SrTiO" MgO或LaA103為襯底，在其上依次原位生長p型 金屬性的鈣鈦礦型錳氧化物Lai-ySryMn03.該La,-ySryMn03層厚200 nm,鐵電性氧化物 Ba卜eSrJi03勢壘層50 nm和電子型氧化物La2—,CexCu04 n型層200 nm，制成多層膜片；
其他步驟與實施例1中的第2、 3、 4、 5、 6步驟相同。
實施例4
1. 首先在真空鍍膜設備中，調整溫度為65(TC,背底真空度1X10—5Pa;沉積氣壓 為50Pa的純氧環(huán)境下，使用SrTiO" MgO或LaA103作為襯底，在其上依次原位生長金 屬性的鈣鈦礦型錳氧化物La,-,CaxMn03p型層100 nm，鐵電性氧化物Ba卜sSr。Ti03勢壘層 20 nm和電子型氧化物La2—aCeaCu04n型層100 nm，制成多層膜片；
2. 執(zhí)行實例1中步驟2;
3. 離子束刻蝕
將以上制備好的帶有光刻膠掩模的多層膜樣品放入離子刻蝕儀的真空腔體中，對真 空室抽真空，直到真空室中的背底真空度優(yōu)于1.0X10—3 Pa;充入高純氬氣，真空室內 保持流動的氬氣壓力。
將樣品臺傾斜10 20度，并旋轉樣品臺同時使用循環(huán)水系統(tǒng)對樣品臺進行冷卻，
然后開始刻蝕?？刂瓶涛g時間，以完全刻透La, —xCa,Mn03層之上的La2-aCeaCu04和 Ba卜eSreTi03共兩層膜為準；
其他步驟與實施例1中的第4、 5、 6步驟相同。
實施例5
1..首先在真空鍍膜設備中，調整溫度為60(TC,背底真空度5X10—6Pa;沉積氣壓 為10Pa的純氧環(huán)境下，使用SrTi03， MgO或UA103作為襯底，在其上依次原位生長金 屬性的鈣鈦礦型錳氧化物La卜,SryMn03 p型層100 nm，鐵電性氧化物BaTi03勢壘層20 nm 和電子型氧化物La2—aCeaCu04 n型層100 nm，制成多層膜片；
2. 執(zhí)行實例1中步驟2;
3. 離子束刻蝕
將以上制備好的帶有光刻膠掩模的多層膜樣品放入離子刻蝕儀的真空腔體中，對真 空室抽真空，直到真空室中的背底真空度優(yōu)于1.0X10—3 Pa;充入高純氬氣，真空室內 保持流動的氬氣壓力。
將樣品臺傾斜10 20度，并旋轉樣品臺同時使用循環(huán)水系統(tǒng)對樣品臺進行冷卻， 然后開始刻蝕?？刂瓶涛g時間，以完全刻透La卜ySr,Mn03層之上的La2—aCeaCuOj[l BaTi03 共兩層膜為準；
其他步驟與實施例1中的第4、 5、 6步驟相同。
實施例6
本實施例中的襯底釆用SrTi03， MgO或LaA103， p型氧化物層采用超導材料憶鋇銅 氧(YBCO)或鑭鍶銅氧(LSCO)等超導材料，厚度100nm, n型氧化物層可以采用 La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 Pr2—cCeXu04或(Sr,—fYf)Cu02等n型高溫超導銅氧化物，厚度 lOOnm，鐵電體勢壘層采用鋯鈦酸鉛(PZT)，厚度20rnn，其它結構和制作步驟與實施 例l相同。
實施例7
本實施例中的p型氧化物層采用p型介電材料鋯鈦酸鉛(PZT) ， n型氧化物層采 用鈦酸鋇(BaTi03)或摻Nb鈦酸鍶(Nb — SrTiO》等n型介電材料，其它結構和制作
步驟與實施例1相同。
上述實施例所使用的的設備及材料
一超聲清洗儀(指標不作特別要求)
一真空鍍膜設備極限真空為1.0X10—6 Pa，基片臺加熱最高溫度IOO(TC，鍍膜 設備中可以同時裝載3塊或3塊以上的靶材。靶基距可以在3 10厘米之間進行調節(jié)。
一真空鍍膜系統(tǒng)配套的真空泵機組
第一級真空泵采用機械泵，抽氣速率為8.0 L/s，極限壓力為6X10—2 Pa; 第二級真空泵采用分子泵，抽氣速率為600 L/s，極限壓力為1.0X10—8 Pa; 一真空鍍膜設備的配套溫控儀采用歐陸公司生產的818型單回路過程調節(jié)器-一離子刻蝕設備采用中國航天總公司23所的LKJ一1C一150型離子刻蝕儀，極限 壓力為5.0X10—4 Pa
一離子刻蝕設備的配套真空泵組-
第一級真空泵采用機械泵，抽氣速率為8.0L/s，極限壓力為6X10—2 Pa;
第二級真空泵采用分子泵，抽氣速率為600 L/s，極限壓力為1.0X10—8 Pa。 一勻膠機；
一釆用紫外線光源的曝光機。
—鍍電極磁控濺射設備
第一級真空泵采用機械泵，抽氣速率為8.0L/s，極限壓力為6X10—2 Pa; 第二級真空泵采用分子泵，抽氣速率為600 L/s,極限壓力為1.0X10—8 Pa。
磁控直流濺射電源。
材料要求分析純丙酮，在ST0單晶襯底上原位外延生長的LahCeXu04(以下簡稱 LCCO) /Ba,SrhTi03(以下簡稱BST)/La,—,SrJn03 (以下簡稱LSMO) 多層膜。紫外光刻 膠
檢測手段
—采用Dektak IIA型臺階測厚儀和AFM測量刻蝕深度；
一采用美國QUANTUM Design公司生產的MPMS超導量子干涉磁強計測量提供低溫 和磁場環(huán)境，采用自行設計和組裝的測試系統(tǒng)測量全金屬性氧化物異質結在不同溫度 下不同場強下的I —V特性。
盡管已經按照示例性實施例的形式描述了本發(fā)明，但本領域的技術人員應當理解可 以在權利要求范圍內以修改的方式來實施本發(fā)明。例如，根據本文的教導，可以采用
公知的其它材料形成n型氧化物層，Nd2-bCebCu04、 Prv。Ce。Cu04、 (SiVfYf)Cu02等，以及 采用公知的其它材料形成p型氧化物層，如LahCaJn03， PrhCaJn03等，以及采用公 知的其它材料形成鐵電體勢壘層，如PZT、 BaTi03等，并且可以選擇未來發(fā)現(xiàn)的n型氧
化物、p型氧化物和鐵電體材料來形成本發(fā)明的器件。
在本文中，對于制備方法各步驟及工藝參數的詳細描述只是為了便于理解本發(fā)明的
優(yōu)選實施方式，而不是為了限制本發(fā)明。
權利要求
1、一種氧化物p-i-n結器件，包括襯底，在襯底之上形成的p型氧化物層，在p型氧化物層上形成的n型氧化物層，以及分別形成在p型氧化物層和n型氧化物層上用于連接引線的引出端；其特征在于還包括夾在所述p型氧化物層和所述n型氧化物層之間的鐵電體勢壘層；所述n型氧化物層和所述鐵電體勢壘層兩層設置在所述的p型氧化物層的一側，其占p型氧化物層面積的1/3～2/3，其余部分作為p型氧化物層的引出端；所述n型氧化物層表面作為n型氧化物層的引出端，在p型氧化物層和n型氧化物層的引出端上分別制作用于連接引線的貴金屬焊盤；所述p型氧化物層和所述n型氧化物層均為金屬性的。
2、 根據權利要求1的氧化物p-i-n結器件，其特征在于所述襯底包括SrTi03、 MgO或LaA103單晶片。
3、 根據權利要求1的氧化物p-i-n結器件，其特征在于所述的鐵電體勢壘層為 鋯鈦酸鉛、BaTi03或BahSrJi03材料，其中(Ke〈0. 5，所述鐵電體勢壘層厚度為10 50ran
4、 根據權利要求l的氧化物p-i-n結器件，其特征在于所述p型氧化物層為氧 化物磁電阻材料、p型氧化物超導或p型介電材料；所述p型氧化物層的厚度為50 200 nm。
5、 根據權利要求4的氧化物p-i-n結器件，其特征在于所述氧化物磁電阻材料 為鐵磁性的鈣鈦礦結構的錳氧化物材料；該鐵磁性的鈣鈦礦結構的錳氧化物材料包括 LahCaxMn03、 La卜ySr,Mn03或PivXaJnO"其中，0. 2〈x〈0. 4， 0. 2<y<0. 4， 0. 2〈z<0. 4;所述p型氧化物超導材料為釔鋇銅氧或鑭鍶銅氧； 所述P型介電材料為鋯鈦酸鉛。
6、 根據權利要求l或2的氧化物p-i-n結器件，其特征在于所述n型氧化物層 為鈣鈦礦結構的電子型高溫超導銅氧化物、n型氧化物磁性材料或n型介電材料；所述 n型氧化物層的厚度為50 200nm。
7、 根據權利要求6的氧化物p-i-n結器件，其特征在于所述鈣鈦礦結構的電子 型高溫超導銅氧化物為La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 Pr^CeAA或(SrwYf)Cu02，其中， 0.08<a<0.16， 0. 13<b<0. 16， 0. 13<c<0. 16， 0. 10<f〈0. 15， Y為Nd、 La或Pr;所述n型氧化物磁性材料為LaHCedMn03，其中0. 2〈d<0. 4; 所述n型介電材料為鈦酸鋇或摻Nb鈦酸鍶。
8、 一種制備氧化物p-i-n結器件的方法，包括以下步驟1) 選擇SrTi03、 MgO或LaA103單晶片作為襯底，采用常規(guī)制作半導體器件的清洗 工藝，將襯底清洗干凈；2) 在真空鍍膜機中進行真空鍍膜，依次在襯底上原位生長一層p型金屬性氧化物 層、鐵電體勢壘層和p型氧化物層；其中原位生長條件生長溫度600 70(TC 、背底 真空度優(yōu)于或等于1X10—4 Pa;沉積氣壓為1() 50Pa純氧環(huán)境下；所述的p型金屬性氧化物層厚度50 200 nm，所述的鐵電體勢壘層厚度10 50 nm，所述的n型金屬性氧化物層厚度50 200nm;3) 在步驟2)制得的樣品上進行涂膠、曝光、顯影定影，樣品上保留具有圖形的 光刻膠薄膜層，該圖形和玻璃光刻掩模板上的圖形一樣，在將該樣品放入離子束刻蝕 機的真空腔體中，進行離子束刻蝕；刻蝕的厚度以刻透n型氧化物層和鐵電體勢壘層 兩層薄膜為準，形成p型氧化物層引出端；4) 經過刻蝕的多層膜從真空腔體取出，用溶膠劑洗去光刻膠，在n型氧化物層和 p型氧化物層的引出端鍍上貴金屬焊盤，將導電引線分別固定在p型氧化物層和n型氧 化物層引出端的金屬焊盤上，制成本發(fā)明的全金屬性氧化物p-i-n結器件。
9. 根據權利要求8所述的制備氧化物p-i-n結器件的方法，其特征在于，所述的 P型氧化物層采用氧化物磁電阻材料，p型氧化物超導材料或p型介電材料；該氧化物 磁電阻材料包括La卜xCaJn03、 La卜,SryMn03或PrvzCazMn03的鐵磁性的鈣鈦礦結構的錳氧 化物材料；其中，0. 2<x<0.4， 0.2<y〈0.4, 0. 2〈z<0. 4;所述p型氧化物超導材料為釔鋇銅氧或鑭鍶銅氧； 所述P型介電材料為鋯鈦酸鉛。
10. 根據權利要求8所述的制備氧化物p-i-n結器件的方法，其特征在于，所述n 型氧化物層為鈣鈦礦結構的電子型高溫超導銅氧化物、ri型氧化物磁性材料或n型介電 材料。
11、 根據權利要求ll所述的制備氧化物p-i-n結器件的方法，其特征在于，所述 鈣鈦礦結構的電子型高溫超導銅氧化物包括La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 Prv。Ce。Cu04或 (SivfYf)Cu02,其中，0.08<a<0. 16， 0. 13<b<0. 16， 0. 13〈c〈0. 16， 0. 10〈f<0. 15， Y為Nd、 La或Pr;所述n型氧化物磁性材料包括Lai-dCedMn03,其中0. 2<d〈0. 4; 所述ri型介電材料為鈦酸鋇或摻Nb鈦酸鍶。
12、根據權利要求8所述的制備氧化物p-i-n結器件的方法，其特征在于，所述 的鐵電體勢壘層為鋯鈦酸鉛、BaTi03或BahSrJi03材料，其中0〈e〈0.5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化物p-i-n結器件及其制備方法，該器件包括襯底，在襯底之上形成的p型氧化物層，在p型氧化物層上形成的n型氧化物層，以及分別形成在p型氧化物層和n型氧化物層上用于連接引線的引出端和在p型氧化物層和n型氧化物層之間的鐵電體勢壘層；n型氧化物層和鐵電體勢壘層兩層設置在的p型氧化物層的一側，其占p型氧化物層面積的1/3～2/3，其余部分作為p型氧化物層的引出端；n型氧化物層表面作為n型氧化物層的引出端，在p型氧化物層和n型氧化物層的引出端上分別制作用于連接引線的貴金屬焊盤；p型氧化物層和n型氧化物層均為金屬性的；本發(fā)明的器件制備方法簡單，結構易于實現(xiàn)，實現(xiàn)了單一器件功能的多樣化。
文檔編號H01L29/66GK101197396SQ20061016495
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權日2006年12月8日
發(fā)明者昊 吳, 曹立新, 朱北沂, 潔 袁, 波 許, 力 趙, 趙柏儒, 魁 金 申請人:中國科學院物理研究所