[发明专利]薄膜材料的异质结的制备方法及其制得的薄膜

说明书

本发明公开一种薄膜材料的异质结的制备方法及其制得的薄膜，其中，该制备方法包括采用单一材质在衬底上外延生长具有各向异性的第一薄膜层；对第一薄膜层进行离子注入，使之形成含有注入离子的注入层和不含注入离子的非注入层，且注入层因离子的注入发生结构相变，非注入层保持原有结构相，以在注入层和非注入层之间形成异质结结构。由此，注入层与非注入层因相结构不同而出现不同的性能，从而使两者之间因实现耦合而形成异质结结构。由于本发明不是通过依次沉积两种不同材料的薄膜的方式形成异质结，简化了制备异质结的操作过程；而且，由于异质结薄膜是形成在一种材质的薄膜材料中，使得制得的薄膜材料能够进一步小型化。

技术领域

本发明涉及一种制备异质结的方法，具体涉及一种薄膜材料的异质结的制备方法以其制得的薄膜。

背景技术

随着科学技术的快速发展，人们对电子器件的小型化有了更高的要求，而解决电子器件的小型化的关键在于如何将其中起功能作用的结构小型化。例如，在薄膜材料中制备异质结结构，使得薄膜材料因具有量子效应、迁移率大，以及特别的二度空间特性等特性，能够实现高速电子器件、光电子器件、集成光学和集成电路等领域电子器件的小型化。

但是，目前，在薄膜材料中制备异质结结构的方法较为繁琐：例如，常见的异质结结构需要由至少两种不同的材料构成(薄膜结构如图1所示)，制备时需要更换材料，导致制备过程繁琐，效率低；又如，在对异质结结构进行功能调控时，需要借助电场、磁场等外场激励，操作过程繁琐。

发明内容

为了解决薄膜材料中异质结结构制备过程繁琐、制备效率低等问题，发明人在研究过程中发现现有技术无法解决薄膜材料制备异质结结构过程繁琐的原因在于，现有技术在薄膜材料中制备异质结结构时，都是需要通过将两种材料的薄膜依次沉积的方式制得，这种制备方式不改变，无法从根源上解决薄膜材料中异质结结构制备过程繁琐的问题。因此，发明人在研发过程想到，能否在单一材料的薄膜材料中制备异质结结构，以从根源上解决薄膜材料的异质结结构制备过程繁琐的问题。在这个研发方向的指引下，发明人进行了大量的研究和试验，发现在具有各向异性的单一材质的薄膜中注入离子，能够在该单一材质的薄膜中形成异质结，以解决通过两种薄膜材料制备异质结时必然带来的操作过程繁琐的问题。

为此，根据本发明的第一个方面，提供了一种薄膜材料的异质结的制备方法，该方法包括采用单一材质在衬底上外延生长具有各向异性的第一薄膜层；对第一薄膜层进行离子注入，使之形成含有注入离子的注入层和不含注入离子的非注入层，且注入层因离子的注入发生结构相变，非注入层保持原有结构相，以在注入层和非注入层之间形成异质结结构。

由于第一薄膜层是外延生长在衬底上的，且外延生长在衬底上的单一材质的第一薄膜层具有各向异性的特性，使得第一薄膜层中的注入层与非注入层因相结构不同而出现不同的性能，从而使两者之间因实现耦合而形成异质结结构。由于本发明在薄膜材料中制备的异质结是通过在单一材质中注入离子，使之因部分出现结构相变而形成异质结结构，而不是通过依次沉积两种不同材料的薄膜的方式形成异质结，简化了制备异质结的操作过程；而且，由于异质结薄膜是形成在一种材质的薄膜材料中，而不是形成在两种材质的薄膜之间，即仅需在衬底上外延生长一层薄膜，而无需生长两层薄膜，使得制得的薄膜材料能够进一步小型化。

在一些实施方式中，第一薄膜层的材质为氧化物。

在一些实施方式中，第一薄膜层的材质为强关联电子体系氧化物。由于强关联电子体系氧化物的性能与其电子、自旋、轨道和晶格等自由度具有密切联系，当离子注入其中后，其会因注入离子对晶格产生的作用而出现性能的改变。

在一些实施方式中，离子为He离子、Ne离子或Ar离子。由于注入的离子选用惰性气体离子，可以保证第一薄膜层注入离子后，因发生表面层的结构相变而在第一薄膜层中形成异质结结构；而且，由于惰性气体离子注入第一薄膜层中时不会在其中引入电子，可以避免第一薄膜层的系统被破坏，保证注入离子后的第一薄膜层结构的稳定性。