專利名稱：巨磁阻材料p－n結(jié)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巨磁阻材料，特別涉及一種具有P-N結(jié)構(gòu)的巨磁阻材料。
目前已知的巨磁阻材料有氧化物巨磁阻(CMR)材料和多層金屬膜巨磁阻(GMR)材料。
自從1989年加拿大的Manitcba大學(xué)發(fā)現(xiàn)氧化物L(fēng)a1-xPbxMnO3的巨磁阻現(xiàn)象之后，1994年起，人們?cè)谀蹜B(tài)物理學(xué)和材料科學(xué)方面對(duì)巨磁阻材料已經(jīng)做了大量研究。這類巨磁阻材料為R1-xTxBO3(如La1-xSrxMnO3)，R2B2O7(如Tl2Mn2O7)和T3-xRxB2O7(Sr1.8La1.2Mn2O7)型化合物，其中R為三價(jià)稀土或其它三價(jià)元素，T為二價(jià)堿土金屬，B為Mn,Co等過渡金屬，O為氧。這些化合物在室溫條件下都是P型半導(dǎo)體，低溫條件下為金屬，在液氮溫區(qū)呈巨磁阻特性，即其電阻隨外磁場變化而急劇變化。在參考國外工作的基礎(chǔ)上我們?cè)趪H上首先以四價(jià)元素Sn替代一部分三價(jià)La，成功地制備出n型巨磁阻材料La-Sn-Mn-O。如文獻(xiàn)l，Shou-Yu Dai,et al.Phys.Rev.B 55(1997),14125所述，此后我們還研制出其它幾種n型巨磁阻材料。
氧化物磁阻材料有很大的磁阻比(可達(dá)90％)，但是目前卻只能在液氮溫區(qū)工作，這就限制了它在高新技術(shù)領(lǐng)域里應(yīng)用。多層金屬膜巨磁阻材料的應(yīng)用研究近年來獲得巨大發(fā)展，MR磁頭已經(jīng)有商業(yè)產(chǎn)品出售。但其磁阻比率比起氧化物巨磁阻材料小得多，如文獻(xiàn)4,Barthelemy.et al.Physics world,No.34,(1994)和5.JJ.S.Moodera,et al.Phys.Rev.Lett.,74(1995)。
本發(fā)明的目的就是為了克服氧化物巨磁阻阻材料只在液氮溫區(qū)呈巨磁阻特性，而在室溫下無法工作的缺點(diǎn)，為了開拓這類材料在計(jì)算機(jī)，音像技術(shù)，自動(dòng)控制，儀器儀表和生物技術(shù)等高新技術(shù)領(lǐng)域里的應(yīng)用而提供一種既具有氧化物巨磁阻材料的高磁阻比，又具有室溫工作的特點(diǎn)，此外還具有磁控三極管的特性的P-N結(jié)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的制備出一種巨磁阻材料構(gòu)成的P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括在基片上淀積一層P型或N型巨磁阻材料，再在上述P型或N型巨磁阻材料上淀積一層N型或P型體巨磁阻材料。整個(gè)結(jié)構(gòu)由P和N型巨磁阻材料交替淀積所組成。
首先制備出N型巨磁阻材料做成陶瓷靶和P型巨磁阻材料陶瓷靶，然后在單晶(如SrTiO3,YSZ,LaAlO3,Al2O3等)基片上用脈沖激光淀積法或DC濺射或RF濺射，或電子束蒸發(fā)或其它薄膜制備方法淀積一層n型巨磁阻材料薄膜，然后再在所淀積的n型巨磁阻材料薄膜上淀積一層P型巨磁阻材料薄膜，就得到用巨磁阻材料制備的P-n結(jié)。如果上述P-n結(jié)的P型薄膜層的厚度嚴(yán)格控制，并且在其上再淀積一層n型巨磁阻材料薄膜，則得到一個(gè)n-P-n三極管型結(jié)構(gòu)。同樣按上述方法可以制備出P-n-P三極管型結(jié)構(gòu)。將上述過程重復(fù)還可以制備n-p-n-p-n…或P-n-P-n-P…多層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明制備的P-n結(jié)或三極管型結(jié)構(gòu)或P-N結(jié)多層結(jié)構(gòu)，用測量半導(dǎo)體結(jié)Ⅰ-Ⅴ特性曲線的方法進(jìn)行測量，表示這些結(jié)或結(jié)構(gòu)的電流-電壓關(guān)系呈現(xiàn)典型的半導(dǎo)體Ⅰ-Ⅴ特性曲線。然后將上述P-n結(jié)或三極管結(jié)構(gòu)或P-N結(jié)多層結(jié)構(gòu)放入磁場中，改變磁場強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn)Ⅰ-Ⅴ曲線上下移動(dòng)，即電阻為磁場強(qiáng)度的函數(shù)，這說明通過磁場就可以控制上述P-N結(jié)或三極管結(jié)構(gòu)的特性曲線。利用這種特性不僅可以制成磁控器件，還可制成磁敏感元件。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是既具有高的磁阻比又在室溫條件下工作，因而給磁敏感元件或磁控制元件帶來方便。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明

圖1是本發(fā)明的巨磁阻材料的P-N結(jié)的示意圖其中1-單晶基片；2-N型巨磁阻材料薄膜；3-P型巨磁阻材料薄膜。
圖2是本發(fā)明的巨磁阻材料P-N結(jié)的Ⅰ-Ⅴ曲線。
圖3是本發(fā)明的巨磁阻材料P-N-P結(jié)的Ⅰ-Ⅴ曲線。
實(shí)施例1用n型巨磁阻材料La1-x-Snx-Mn-O3(其中0.001＜x＜0.9)和P型巨磁阻材料La1-x-Srx-Mn-O3(其中0.001＜x＜0.9)分別制成陶瓷靶，然后用脈沖激光法在SrTiO3基底上首先淀積一層n型巨磁阻材料(La-Sn-Mn-O)薄膜，薄膜厚度取值范圍為0.5nm-1mm。這一層薄膜制備好制之后，再用同樣的方法制備一層P型巨磁阻材料La-Sr-Mn-O薄膜，薄膜厚度取值范圍同上。這樣用巨磁阻材料構(gòu)成的P-N結(jié)就制成了。P-N結(jié)制成后用電子學(xué)方法測量它的Ⅰ-Ⅴ特性曲線，發(fā)現(xiàn)此曲線為典型的半導(dǎo)體Ⅰ-Ⅴ曲線，如圖2所示?！龊汀謩e表示磁場為0和40 Oe條件下的曲線。這就是說當(dāng)將此P-N結(jié)放入磁場中時(shí)，曲線隨磁場改變而移動(dòng)，(ΔI/I0)v值約為40％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該P(yáng)-N結(jié)的電阻在室溫下也受磁場的顯著影響。實(shí)施例2
用n型巨磁阻材料La1-x-Tex-Mn-O3(其中0.001＜x＜0.9)和P型巨磁阻材料La1-x-Bax-Mn-O3(其中0.001＜x＜0.9)分別制成陶瓷靶，然后用脈沖激光法在SrTiO3基底上首先淀積一層n型巨磁阻材(La-Sn-Mn-O)薄膜，薄膜厚度取值范圍為0.5nm-1mm，這一層薄膜制備完成之后，再用同樣的方法制備一層P型巨磁阻材料La-Sr-Mn-O薄膜，薄膜厚度取值范圍為0.5nm-100μm，然后再用這樣的方法淀積一層N型巨磁阻材料薄膜，膜層厚度取值范圍為0.5nm-1mm這樣由兩個(gè)P-N結(jié)構(gòu)成的N-P-N三極管結(jié)構(gòu)就制成了。N-P-N結(jié)構(gòu)制成后用電子學(xué)方法測量它在不同偏壓下的Ⅰ-Ⅴ特性曲線，如圖3所示。此結(jié)構(gòu)為典型的半導(dǎo)體三極管特性，當(dāng)將此N-P-N結(jié)構(gòu)放入磁場中時(shí)，Ⅰ-Ⅴ曲線不僅受基極電流控制，而且對(duì)磁場敏感。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該N-P-N結(jié)構(gòu)的特性曲線在室溫下也受磁場的顯著影響，可以用磁場加以控制。實(shí)施例3用實(shí)施例2的方法制成P-N-P巨磁阻三極管結(jié)構(gòu)，測量表明其特性曲線同樣是磁場函數(shù)。實(shí)施例4用DC濺射方法制成巨磁阻P-N結(jié)，測量表明其特性曲線同樣是磁場函數(shù)。實(shí)施例5用RF濺射方法制成P-N-P巨磁阻三極管結(jié)構(gòu)，測量表明其特性曲線同樣是磁場函數(shù)。
權(quán)利要求
1．一種巨磁阻材料P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括在基片上淀積一層P型或N型巨磁阻材料，再在上述P型或N型巨磁阻材料上淀積一層N型或P型體巨磁阻材料。由P型和N型巨磁阻材料交替淀積組成。其中巨磁阻材料P-N結(jié)結(jié)構(gòu)的電流-電壓關(guān)系為半導(dǎo)體Ⅰ-Ⅴ曲線，電阻為磁場強(qiáng)度的函數(shù)。
2．按權(quán)利要求1所述的巨磁阻材料P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的P型和N型巨磁阻材料交替淀積，還包括在巨磁阻材料P-N結(jié)上再淀積一層P或N型巨磁阻材料。
3．按權(quán)利要求1所述的巨磁阻材料P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括在巨磁阻P-N-P結(jié)構(gòu)或N-P-N結(jié)構(gòu)上再重復(fù)淀積-N-P或-P-N-型巨磁阻材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及巨磁阻材料P－N結(jié)結(jié)構(gòu)。在單晶基底上制備一層N型或P型巨磁阻薄膜,然后再在上述薄膜上制備一層P型或N型巨磁阻材料薄膜,這樣就制備成一個(gè)巨磁阻材料P－N結(jié)。包括在已經(jīng)制備好的P－N結(jié)材料薄膜上制備另一層不同類型的巨磁阻材料薄膜就獲得了P－N－P或N－P－N型巨磁阻材料三極管結(jié)構(gòu)。交替制備P型與N型巨磁阻材料薄膜就獲得了多層P－N結(jié)結(jié)構(gòu),P－N結(jié)或三極管結(jié)構(gòu)或P－N結(jié)多層結(jié)構(gòu)都對(duì)磁場相當(dāng)敏感,其特性曲線是磁場的函數(shù)。
文檔編號(hào)H01L29/82GK1223475SQ9810198
公開日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1998年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月26日
發(fā)明者戴守愚, 周岳亮, 呂惠賓, 陳正豪, 楊國楨 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院物理研究所