[发明专利]偏置电场调制的氧化物半导体异质结构、其制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种生长在驰豫型铁电单晶基片上的全氧化物半导体异质结构，具体地说，涉及一种外加偏置电场可调制的全钙钛矿氧化物半导体异质结构及其制备方法。

背景技术

驰豫型铁电单晶((1-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-(y)PbTiO₃，即PMN-PT)以其优越的铁电特性和显著的逆压电效应而闻名，例如，对于0.67Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.33PbTiO₃，剩余极化率和矫顽场分别为Pr～35μC/cm²和Ec～2.5kV/cm。外加偏置电场引起电极化的同时也产生显著的应变行为，例如，对于(001)取向的0.67Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.33PbTiO₃，在10kV/cm的电场梯度下，c轴应变为0.5％。同时，PMN-PT具有和钙钛矿锰氧化物相似的结构和晶胞参数，因此在PMN-PT基片上可外延生长钙钛矿锰氧化物，外加偏置电场在PMN-PT基片中引起的应变效应可传递到锰氧化物薄膜中，从而改变锰氧化物的能带结构和带隙，引起磁输运性质的显著改变。

钙钛矿锰氧化物由于其庞磁电阻(colossal magnetoresistance-CMR)效应成为近年来国际上研究的热点。越来越多的事实表明，钙钛矿锰氧化物的潜在优势在于用其制备磁电子学器件。钙钛矿氧化物除了具有超常磁电阻效应，还表现出巨电场电阻、铁电、介电、超导等丰富的物理特性，因此可期望用来获得具有多种新颖功能的实用器件。通常情况下，对于钙钛矿锰氧化物LaMnO₃(La³⁺、Mn³⁺、O^2-)，由于Mn³⁺-O^2--Mn³⁺间的超交换作用表现出反铁磁绝缘特性。当二价阳离子(如，Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺等)引入并部分取代La³⁺离子后，体系中出现混合价态，即Mn³⁺(3d⁴：t_2g³e_g¹)和Mn⁴⁺(3d³：t_2g³e_g⁰)离子，双交换作用的结果导致居里温度以下的金属铁磁行为，导电性质为空穴型(p型)。同时，对于同样具有钙钛矿结构的氧化物介电材料SrTiO₃(Sr²⁺、Ti⁴⁺、O^2-)，欠氧，引入三价阳离子(例如La³⁺)替代Sr²⁺，或者引入五价阳离子(例如Nb⁵⁺)替代Ti⁴⁺均可导致出现Ti⁴⁺和Ti³⁺的混合价态，从而出现电子型(n型)半导体行为。由这种空穴型(p型)钙钛矿锰氧化物和电子型(n型)钙钛矿氧化物可组合生成具有优良整流特性的功能异质结构。

然而，这种全氧化物异质结构仅表现出磁场调节特性(由于其组分钙钛矿锰氧化物的能带结构具有磁场调节特性)，其整流行为不具有电场调节特性，限制了实际应用。经过本发明人的大量研究发现，加在PMN-PT的偏置电场可调制生长在其上的全钙钛矿氧化物半导体异质结构的整流行为和光、电输运性质，从而获得偏置电场调制的全氧化物半导体异质结构，因此需要提供一种生长在PMN-PT上，偏置电场调制的全钙钛矿氧化物半导体异质结构。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种偏置电场调制的全氧化物半导体异质结构。本发明的另一个目的在于，提供所述全氧化物半导体异质结构的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供的一种偏置电场调制的全氧化物半导体异质结构，所述的半导体异质结构包括：驰豫型铁电单晶基片和形成于该基片上的全氧化物异质结构。