[发明专利]一种超薄镍酸镧薄膜电输运性能的优化方法

说明书

本发明提供了一种超薄镍酸镧薄膜电输运性能的优化方法，包括如下步骤：（a）对SrTiO₃基板进行表面台阶处理，获得具有TiO₂表面台阶的基板；（b）采用脉冲激光法在步骤（a）所得的基板上沉积LaAlO₃薄膜，使得在LaAlO₃/SrTiO₃界面出现二维电子气；（c）采用脉冲激光法在步骤（b）所得的LaAlO₃/SrTiO₃上沉积超薄LaNiO₃薄膜。本发明首先采用酸性溶液将SrTiO₃基板处理为具有特定宽度的台阶状态，然后在其上沉积LaAlO₃薄膜，界面处形成一层二维电子气，最后再沉积LaNiO₃薄膜，所制得的薄膜具有较低的电阻率，同时，电输运性能可以通过控制LaAlO₃的厚度进行调控，实现超薄镍酸镧薄膜电输运性能的优化。本发明制备工艺简单，适用范围广，利于实用化，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及一种氧化物薄膜电学性能的优化方法，具体地说是涉及一种超薄镍酸镧(LaNiO₃)薄膜电输运性能的优化方法。

背景技术

镍酸盐族氧化物具有优良的导电性能和化学稳定性能，其薄膜材料可用作铁电微器件的底电极，在微电子学、光电子学和硅读出电路的电子元器件等研究领域具有广阔的应用前景。在镍酸盐族中，在全温区表现为金属特性的镍酸镧（分子式LaNiO₃）具有较低的电阻率和泡利顺磁等特性，被广泛用于铁电存储器件和多层驱动器的电极、缓冲层或过渡层材料。在存储器件中，LaNiO₃薄膜的界面效应能够有效防止氧空位在电极处的堆积，其较低的电阻率与金、铂等贵金属薄膜相近。同时，与铁电氧化物具有良好的晶格匹配性，薄膜附着力比金、铂电极强，构成欧姆接触的异质结界面有良好的电接触性能。近年来，基于器件的微小化发展趋势，元器件的设计要求在保证电极层具有高电导率的同时，要求其厚度越薄越好。然而，随着LaNiO₃薄膜厚度减小，薄膜与基板的界面会出现死层区，其电阻率在死层区内急剧增大，这极大地限制了LaNiO₃薄膜在铁电微器件中的应用。因此，优化超薄LaNiO₃薄膜材料的电学性能成为研究的重点和难点之一，也是实现其在元器件中广泛应用的关键问题。

研究发现，超薄LaNiO₃（几个纳米尺度）薄膜电阻随温度的变化曲线上会存在电阻最小值，所对应的温度被称为金属-绝缘转变温度。薄膜在低温区出现由金属相到绝缘相转变，使得薄膜的电阻率急剧升高，同时超薄薄膜的界面和表面的散射效应也会使得薄膜整体的电导率降低，这限制了LaNiO₃薄膜在电子元器件中的广泛应用。研究人员认为晶体结构改变、电荷转移和轨道重构等是造成超薄LaNiO₃薄膜的金属-绝缘转变和高电阻率的主要原因，虽然通过利用应力调控、生长条件优化等手段可以改善LaNiO₃薄膜的电输运性能，但是上述手段只能在一定程度上缓解了LaNiO₃薄膜的高电阻率等问题。然而，随着LaNiO₃薄膜厚度的减小，薄膜与基板的电子结构发生相应变化，超薄LaNiO₃薄膜的电学性能受到抑制，并且其电阻率仍然很高。此外，应力或优化参数等方法的工艺复杂，不易控制变量条件，难以在实际当中进行推广应用。因此，开发一种可简单有效优化镍酸镧薄膜电输运性能的方法对于LaNiO₃在铁电功能材料、数据存储材料和智能材料领域的实用化具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种超薄镍酸镧薄膜电输运性能的优化方法，以解决超薄镍酸镧薄膜在电子元器件应用中电阻率高、性能不稳定等问题。

本发明是这样实现的：

一种超薄镍酸镧薄膜电输运性能的优化方法，包括如下步骤：