[发明专利]具有双向整流特性的铽锰氧p-n异质结及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体p-n异质结，更特别地说，是指一种具有双向整流特性的铽锰氧(TbMnO₃)p-n异质结及其制备方法。

背景技术

钙钛矿氧化物具有介电、铁电、压电、光电、超导、巨磁电阻以及光学非线性等很多吸引人的特性与效应。尽管钙钛矿型氧化物的性质各异，但大部分在结构上具有很好的相容性。随着制膜技术的进步和对薄膜特性研究的深入，对于完全钙钛矿氧化物器件的探索也越来越多，如肖特基结、p-n结、场效应管等。

钙钛矿锰基氧化物一般呈绝缘体或p型半导体特性，如TbMnO₃和LaMnO₃，二价阳离子掺杂以后，在掺杂比例大时表现出金属特性，属空穴掺杂，如La_0.67Ca_0.33MnO₃，La_0.67Ba_0.33MnO₃，La_0.67Sr_0.33MnO₃等。

铌Nb掺杂的SrTiO₃实质上是电子掺杂，表现出n型掺杂的特性。低浓度铌Nb掺杂的SrTiO₃是优良的半导体，与金属接触表现出良好的Schottky整流特性，而高浓度铌Nb掺杂的SrTiO₃则表现出金属特性。

钙钛矿锰基氧化物与Nb-SrTiO₃接触后，在界面会形成p-n结，p-n结具有较好的整流特性。

近年来，由于磁-铁电现象在磁电和磁光等装置上的潜在应用前景，人们对磁-铁电材料和物理的研究增加。最近，在磁-铁电材料的TbMnO₃中发现大的磁电和磁容效应，这为实现磁场和电场的多重控制提供了可能。基于过渡金属钙钛矿氧化物TbMnO₃中有很多优异的物理性能，正在开发它们在器件方面的应用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有双向整流特性的铽锰氧p-n异质结，该p-n异质结由p型半导体材料铽锰氧TbMnO₃和n型导电材料掺铌钛酸锶Sr_0.99Nb_0.01TiO₃构成。

本发明的目的之二是提出一种采用脉冲激光沉积方法(PLD)制备具有双向整流特性的铽锰氧p-n异质结的方法，经该方法制得的p-n异质结在150K以上的温度范围内均表现出优异的二极管正向整流特性，在125K以下的温度范围内均表现出优异的二极管反向整流特性。

本发明具有双向整流特性的铽锰氧p-n异质结的优点在于：

(1)由p型半导体材料铽锰氧TbMnO₃和n型导电材料掺铌钛酸锶Sr_0.99Nb_0.01TiO₃构成。

(2)该p-n异质结在150K以上的温度范围内均表现出优异的二极管正向整流特性，在125K以下的温度范围内均表现出优异的二极管反向整流特性。

(3)制备方法可控、操作简单、重复性好。

附图说明

图1是PLD装置沉积系统简示图。

图2是本发明实施例1研磨烧结后TbMnO₃粉的XRD图。

图3是采用本发明实施例1制备步骤得到的TbMnO₃薄膜的XRD图。

图4是采用本发明实施例1制备步骤得到的TbMnO₃薄膜的SEM图。

图5是采用本发明实施例1制备步骤得到的铽锰氧p-n异质结的电流电压特性随温度变化图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种具有双向整流特性的铽锰氧p-n异质结，该p-n异质结由p型半导体材料铽锰氧TbMnO₃和n型导电材料掺铌钛酸锶Sr_0.99Nb_0.01TiO₃构成。

脉冲激光沉积(PLD)是80年代后期发展起来的新型薄膜制备技术。相对其他薄膜制备技术，PLD具有沉积速度快，靶、膜成分一致，生长过程中可原位引入多种气体，烧蚀物粒子能量高，易制备多层膜及异质结，工艺简单，灵活性大，可制备的薄膜种类多，可用激光对薄膜进行多种处理等优点。PLD装置沉积系统的结构如图1所示。