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

1、鈣鈦礦結構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)出龐大磁電阻效應而引起了廣泛的關注。正是由于磁存儲產業(yè)對更敏感和具有更快響應速度的磁探測器的需求以及這一系統(tǒng)在其中的應用前景，鈣鈦礦錳氧化物及其龐磁阻效應成了人們研究的焦點。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更是受到了格外的重視。同時注意到一

2、定Sr摻雜的錳酸鑭(La<,x>Sr<1-x>MnO<,3>)是P型半導體，如果能將這種龐磁阻材料引入N型半導體構成PN結，會對基礎科學的探索以及新型器件的開發(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濟的LaAlO<,3>和Si單晶襯底上制備出La<,x>Sr<,1-x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結，并取得了以下4點工作進展： 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。通過單層La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>薄膜結構及磁電學性能的研究分析發(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。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>薄膜中沒有發(fā)現(xiàn)自旋玻璃態(tài)行為，但居里溫度遠大于310K

4、。對單層La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>薄膜的認知，為成功引入TiO<,2>構成La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結的研究奠定了基礎。 2．成功利用工業(yè)化磁控濺射方法在較為經濟的LaAlO<,3>單晶襯底上制備出 La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2> PN結，并且該La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2> PN結具有較好的I-V特性，其表征量I<,+4

5、v>/I<,-4v>≈57，在負4V電壓內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國家重點實驗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結在大于負2V時就已經出現(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)在價格昂貴的N型Nb-SrTiO<,3>單晶襯底上制備龐磁阻基PN結的限制，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，這對于未來電子器件的多功能化及其產業(yè)化有著重要意義。 3．根據LaAlO<,3>單晶襯底上制備La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結的工藝條件，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。該La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結也呈現(xiàn)較好的I-V特性，其表征量I<,+4v>/I<,-4v>≈27，在負4V內漏電流很小。鑒于Si集成電路工藝的普遍性和重要性，該結果充分證實了該類多功能PN結器件與Si電路集成的可行性。 4．通過電學測試，觀察到La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/TiO<,2>PN結的接觸電勢差隨著測量溫,度升高而降低的現(xiàn)象，這一結果不僅驗證了其他小組提出的能帶