[发明专利]一种锰氧化物外延薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，具体涉及一种锰氧化物外延薄膜及其制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

镧锶锰氧等钙钛矿型锰氧化物(La_1-xRe_xMnO₃，A＝Sr，Ca，Ba等)，由于具有庞磁阻效应、磁致伸缩效应等丰富的物理特性，在磁存储器件、磁传感器件、自旋阀等方面具有重大潜在应用价值，同时该体系又是电荷、自旋、晶格、轨道自由度高度关联的强关联体系，蕴藏着十分丰富的物理内容，是凝聚态物理的理论研究及器件应用方面的研究热点。庞磁阻效应(Colossal Magnetoresistance effect)是指在外加磁场作用下，材料的电阻将发生巨大的变化(MR＝(R(H)-R(0))/R(0))。随着信息产业的发展，对器件的集成化和小型化要求越来越高，薄膜材料的应用优势日趋突出。但目前在此方面的研究还存在许多尚未解决的工艺、物理和电子学器件的制备等方面的问题，使得锰氧化物薄膜的研究成为众多研究者关注的热点。

未掺杂的锰氧化物多数是绝缘体并具有反铁磁性，而掺杂过的锰氧化物则在低温下显示铁磁性和金属性电导，在高温区则表现出常见的变域巡游导电或绝缘体。在La_1-xCa_xMnO₃体系的磁性和电输运性质的研究中发现x＝0.3左右，样晶具有最高的居里温度和最小的电阻率，且其磁电阻大小和样品的磁化强度成正比，因此认为该体系中磁性和电输运性质具有强烈关联。基于以上实验结果，Zener等人首先提出双交换作用模型对这种掺杂前后顺磁到铁磁和绝缘体到金属性导电的变化做了定性解释。随后，又有小极化子(电子-晶格相互作用)、超交换作用(Mn³⁺和Mn⁴⁺中电子作用)、电荷-晶格-轨道相互作用等理论来分析解释其物理原因。随着进一步的实验科学研究，在La_0.5Ba_0.5MnO₃中发现了较大的室温磁电阻效应；在La_1-xSr_xMnO₃单晶样品中观测到外磁场导致的结构相变(低温的正交结构转变为高温的菱面体结构)；同步辐射的X射线衍射发现了La_1-xCa_xMnO₃系列在居里温度附近的晶格热膨胀，发现在磁相变点附近，晶格常数有一个小的跳跃性改变。这都反应出在钙钛矿锰氧化物中具有潜在的磁性和晶格的强耦合。

本世纪，在轰轰烈烈的磁电复合材料的研究中，含镧锰氧化物由于兼具氧化物导电电极、磁电阻、磁致伸缩、类钙钛矿结构等性质更加激起了人们对该类材料的关注。人们已采用了多种方法制备锰氧化物薄膜，如化学溶液法、脉冲激光沉积、射频磁控溅射等。与其他制备方法相比，化学溶液法制备薄膜有很多优点：工艺简单，成本低，化学计量比易于控制，可以制备出大面积均匀的薄膜。到目前为止，虽有采用化学溶液法制备锰氧化物薄膜，但其前躯体基本上都采用金属醇盐(毒性较大)或硝酸盐(加热分解会释放氮的氧化物)为溶质，甲醇、乙二醇甲醚有毒试剂为溶剂，且其生长出的薄膜表面有裂纹。另外，至今未见有通过化学溶液法制备出外延的锰氧化物薄膜的相关报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有外延生长可控、良好铁磁性能及庞磁阻效应的锰氧化物外延薄膜。本发明的另一目是提供一种不仅工艺简单、环境污染小、制备成本低，而且制备的薄膜面积大、均匀且不开裂、性能稳定、适于工业化生产的锰氧化物外延薄膜的制备方法。

本发明提供了一种锰氧化物外延薄膜，所述锰氧化物外延薄膜为层状结构，包括单晶基底层、以及层叠生长在所述单晶基底层之上的锰氧化物外延薄膜层。该锰氧化物外延薄膜层与单晶基底层由于固有晶胞参数接近而使锰氧化物外延薄膜在单晶上外延生长且有相同的晶向，并由于固有晶胞参数不同而产生相应的应力。

本发明层状结构的锰氧化物外延薄膜是由锰氧化物外延薄膜层及单晶基底层依次由上至下层叠而成。

本发明锰氧化物外延薄膜中，所述锰氧化物为La_1-xRe_xMnO₃，其中，Re为碱土金属元素，包括Ca、Sr或Ba等；0.2≤x≤0.4。