专利名称：半导体和锰酸镧p－n结的制作方法
技术领域：
本发明属电子学领域，特别涉及一系列新型p-n结。
锗硅p-n结的发现，使人类的生产、工作和生活发生了革命性的巨大变化。掺杂的锰酸镧(LaMnO3〕是具有巨磁阻特性的功能性材料(文献1Ken-ichi Chahara，Toshiyuki Ohno，Masahiro Kafai andYuzoo Kozono，Appl.Phys.Lett.63，1990(1993)；文献2S.Jin，T.H.Tiefel，M.McCormack，R.A.Fastnacht，R.Ramesh，and L.H.Chen，Science 264，423(1994))，它在磁记录、磁头和传感器等方面的应用引起了人们的兴趣和重视(文献3M.Rajeswari，A.Goyal，A.K.Raychaudhuri，M.C.Robson，G.C.Xiong，C.Kwon，R.Ramesh，R.L.Greene and T.Venkatesan，Appl.Phys.Lett.69，851(1996))。我们已申请的巨磁阻材料p-n结结构的专利(文献6专利申请号98101982.X)也已制备出钙钛矿结构氧化物复合晶体管(文献7专利申请号00100367.4)。
本发明的目的在于提供一系列具有广泛应用的半导体和锰酸镧的p-n结，其中半导体是硅或锗或砷化镓。本发明提供的p-n结包括多晶，单晶，非晶或多晶、单晶和非晶交替混合的复合型二极管、三极管、多基极三极管以及多发射极三极管等多种结构。本发明可广泛应用于电子学线路。
本发明的目的是这样实现的以硅和锰酸镧p-n结为例，采用替位掺杂法，使用激光分子束外延、脉冲激光淀积、磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延、化学沉积或汽相外延等制膜方法，制备p型锰酸镧La1-xAxMnO3薄膜材料，其中A是Ca或Sr或Ba或Pb或Sn；制备n型锰酸镧La1-xBxMnO3，其中B是Te或Nb或Sb或Ta。所有x的取值范围为0.005～0.5。
将一层n型锰酸镧生长在p型硅衬底上，或将一层p型锰酸镧生长在n型硅衬底上，则在锰酸镧和硅的界面处形成一个p-n结。
将一层n型锰酸镧生长在与其载流子浓度不同的n型硅衬底上，则在锰酸镧和硅的界面上形成一个n-n结。
将一层p型锰酸镧生长在与其载流子浓度不同的p型硅衬底上，则在锰酸镧和硅的界面上形成一个p-p结。
同样，也可以将n型或p型的硅生长在n型或p型锰酸镧衬底或薄膜上形成p-n、n-n、p-p结。
将n型或p型的锰酸镧与硅按npn或pnp的结构进行三层叠层生长，即可形成n-p-n结和p-n-p结，用来制备n-p-n和p-n-p三极管。因此，对于硅和锰酸镧的n-p-n结和p-n-p结，具有硅/锰酸镧/锰酸镧、硅/硅/锰酸镧、硅/锰酸镧/硅和锰酸镧/硅/锰酸镧等不同结构。
锰酸镧和硅的p-n结与锗硅p-n结类似，可以按照需要设计，既可以是平面生长的，也可以是选区生长形成，还可以是腐蚀或刻蚀形成。制备p-n结叠层或选区生长的锰酸镧和硅薄膜，可以是多晶，非晶，单晶，也可以是多晶、非晶或单晶的交替混和生长。锰酸镧和硅p-n结的引出与封装，完全可以借用硅锗晶体管的已有设备与工艺，采用光刻、腐蚀或刻蚀，蒸镀电极。如需要与硅晶体管在刻蚀引线前先淀积一层SiO2一样，在锰酸镧和硅p-n结或p-p结或n-n结或p-n-p结或n-p-n结薄膜的上表面生长绝缘隔离层。绝缘隔离层可以是SiO2或SrTiO3或ZrO2或BaTiO3或LaAlO3或Al2O3，然后再刻蚀出引电极孔，蒸镀金属层，光刻、刻蚀引线，封装也可采用锗硅电路已有的管壳。
同上所述，以锗或砷化镓代替硅，就可以制备出锗或砷化镓和锰酸镧的p-n结、p-p结、n-n结、p-n-p结、n-p-n结等不同的结构。
本发明提供的半导体和锰酸镧的p-n结的制作工艺简单，稳定性好，将成为一种具有特点和广泛应用的电子器件。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明
图1为La0.7Sr0.3MnO3(p)/Si(n)结构p-n结二极管伏安特性曲线，图2为La0.8Te0.2MnO3(n)/Si(p)结构p-n结二极管伏安特性曲线，图3为La0.7Sr0.3MnO3(p)/Si(p)结构p-p结二极管伏安特性曲线。
实施例1用激光分子束外延，在电阻率为2～6Ω.cm，2英寸单面抛光n型单晶Si衬底上生长250nm厚的非晶La0.7Sr0.3MnO3薄膜，将生长好薄膜的Si衬底切割成1mm×1mm的管芯，分别在每个管芯的上下表面用铟焊上0.1mm铜丝做电极，制备出硅和锰酸镧p-n结二极管。
图1是上述二极管测得的伏安特性曲线。
实施例2按实施例1制作，用La0.95Ca0.05MnO3代替La0.7Sr0.3MnO3外延生长在n型Si衬底上，制备硅和锰酸镧p-n结晶体二极管。
实施例3按实施例1制作，用磁控溅射制膜方法，制备硅和锰酸镧p-n结二极管。
实施例4按实施例1制作，用分子束外延方法，在n型Si衬底上外延生长200nm厚的La0.5Ba0.5MnO3薄膜，制备硅和锰酸镧p-n晶体二极管。
实施例5用激光分子束外延，在电阻率为0.1～0.5Ω·cm，3英寸单面抛光的p型单晶Si衬底上生长300nm厚的La0.8Te0.2MnO3薄膜，制备硅和锰酸镧p-n二极管。
图2是上述二极管测得的伏安特性曲线。
实施例6用激光分子束外延，在电阻率为0.1～0.5Ω·cm，3英寸单面抛光的p型单晶Si衬底上生长800nm厚的La0.98Nb0.02MnO3薄膜，制备硅和锰酸镧p-n二极管。
实施例8用激光分子束外延，在电阻率为1～5Ω·cm，3英寸单面抛光的p型单晶Si衬底上生长500nm厚的La0.8Sb0.2MnO3薄膜，制备硅和锰酸镧p-n二极管。
实施例9用激光分子束外延，在电阻率为100～150Ω·cm，3英寸单面抛光的p型单晶Si衬底上生长300nm厚的La0.55Ta0.45MnO3薄膜，制备硅和锰酸镧p-n二极管。
实施例10用激光分子束外延，在电阻率为2～6Ω·cm的2英寸单面抛光的p型单晶Si衬底上生长800nm厚的La0.7Sr0.3MnO3制备硅和锰酸镧p-p二极管。
图3是上述二极管测得的伏安特性曲线。
实施例11用磁控溅射法，把La0.99Pb0.01MnO3生长在电阻率为0.03～0.08Ω·cm的p型Si衬底上，制备硅和锰酸镧p-n二极管。
实施例12用脉冲激光淀积法，把La0.8Sn0.2MnO3生长在电阻率为200～250Ω·cm的p型单晶硅上，制备硅和锰酸镧p-p结二极管。
实施例13按实施例1制作，用化学沉积法制备硅和锰酸镧p-n结二极管。
实施例14按实施例1制作，用电阻率为2～6Ω·cm的2英寸n型锗代替硅，制备锗和锰酸镧p-n结二极管。
实施例15按实施例1制作，用电阻率为2～6Ω·cm的2英寸n型砷化镓代替硅，制备砷化镓和锰酸镧p-n结二极管。
实施例16用激光分子束外延，选用电阻率为0.2～0.5Ω·cm，4英寸n型单晶Si做衬底和三极管的发射极e，在n型Si上生长500nm厚的La0.9Sr0.1MnO3做基极b，再在La0.9Sr0.1MnO3上生长载流子浓度约为1017的n型Si做集电极c。用光刻和粒子束刻蚀的方法分别刻蚀出Φ30μm圆形集电极c，和Φ40～50μm的半圆环基极b电极孔，在刻蚀好的薄膜表面再淀积500nm的SiO2做绝缘隔离层，在隔离层SiO2上光刻和刻蚀出电极引线，压焊引线，封管壳制备成硅和锰酸镧n-p-n三极管。
实施例17按实施例16制备，在集电极c的周围制备3个基极b，制备成多基极硅和锰酸镧n-p-n三极管。
实施例18按实施例16制备，用电阻率为0.02～0.05Ω·cm的4英寸n型锗代替n型Si，制备锗和锰酸镧n-p-n三极管。
实施例19
按实施例16制备，用电阻率为0.2～0.5Ω·cm的2英寸n型砷化镓代替n型Si，制备砷化镓和锰酸镧n-p-n三极管。
实施例20用分子束外延，选用电阻率为0.01～0.05Ω·cm的4英寸p型Si为衬底，并做发射极e，在p型Si上外延1μm厚的La0.85Te0.15MnO3做基极b，再在La0.85Te0.15MnO3的薄膜上外延350nm的La0.95Sr0.05MnO3做集电极c，用光刻和刻蚀制备集电极20μm×20μm，基极50μm×50μm的硅和锰酸镧p-n-p三极管。
实施例21按实施例20制作，用载流子浓度约为1021的p型砷化镓代替硅做基底和发射极e，并用载流子浓度为1018的p型砷化镓代替La0.85Te0.15MnO3做基极b，制备砷化镓和锰酸镧p-n-p三极管。
实施例22用磁控溅射方法，在40mm×40mmSrTiO3基底上首先外延800nm的La0.99Ca0.01MnO3薄膜做集电极c，在La0.99Ca0.01MnO3薄膜上外延350nm载流子浓度约1017的n型Si做基极b，再在n型Si上外延400nm的La0.6Sr0.4MnO3做发射极e。用500nm的SrTiO3做绝缘隔离层，用光刻和粒子束刻蚀制备电极和引线，制备p-n-p型硅和锰酸镧晶体三极管。
实施例23按实施例22制作，刻蚀3个发射极e，制备多发射极硅和锰酸镧p-n-p三极管。
实施例24按实施例20制作，用2英寸的ZrO2做基底代替SrTiO3，用载流子浓度约1017的n型砷化镓代替Sr做基极b，用激光分子束外延制备砷化镓和锰酸镧p-n-p三极管。
实施例25按实施例22制作，用用La0.99Sr0.01MnO3薄膜代替La0.99Ca0.01MnO3薄膜做集电极c，用磁控溅射法制备硅和锰酸镧p-n-p三极管。
实施例26按实施例22制作，用载流子浓度约为1021的p型硅代替La0.6Sr0.4MnO3做发射极e，制备硅和锰酸镧p-n-p三极管。
权利要求
1.半导体和锰酸镧p-n结，其特征在于n型和p型的半导体为掺杂的硅或锗或砷化镓；p型锰酸镧为La1-xAxMnO3，其中A是Ca或Sr或Ba或Pb或Sn，n型锰酸镧为La1-xBxMnO3，其中B是Te或Nb或Sb或Ta，X＝0.005～0.5；将p型和n型锰酸镧材料与n型和p型半导体材料进行叠层生长，制备p-n结、p-p结、n-n结、n-p-n结、p-n-p结。
2.按权利要求1所述的半导体和锰酸镧p-n结，其特征在于所选的锰酸镧和半导体材料可以是多晶，非晶，单晶，也可以是多晶、非晶和单晶的混和结构。
全文摘要
本发明涉及电子学领域,特别是涉及一系列新型p－n结。本发明将p型锰酸镧La
文档编号H01L49/00GK1371138SQ01104460
公开日2002年9月25日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者吕惠宾, 颜雷, 戴守愚, 陈正豪, 周岳亮, 陈凡, 谈国太, 杨国桢 申请人:中国科学院物理研究所