专利名称：氧化物p-i-n结器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及氧化物P-i_n结器件及其制备方法，更具体地涉及全金属性氧化物 p-i-n结器件及其制备方法。
背景技术：
传统的半导体p-n结作为半导体集成电路中的基本元件在半导体电子工业中得到 广泛的应用。常见的半导体材料如硅和锗其本征晶体导电性很弱，而通过引入不同 价态的杂质元素使得半导体晶体变为以电子为主要载流子的n型半导体或以空穴为主 要载流子的p型半导体。将合适的p型和n型半导体结合在一起，p型半导体和n型半 导体之间的载流子由于电子浓度差相互扩散，在两种半导体相互接触的界面附近由于 电子与空穴两种载流子的复合而形成了一定厚度的自由载流子耗尽层，而且由于载流 子的重新分布在pn极之间也产生了一个自建电场以阻挡由于浓度梯度造成的进一步扩 散，内电场的建立将会阻碍半导体中的多数载流子的扩散，在外加偏压电场与内电场 方向相同时，将进一步阻碍多数载流子的扩散，结呈现高电阻态；而外加偏压电场与 内电场方向相反时，内电场将被削弱或抵消，多数载流子的扩散变得容易起来，整个 结则呈现低阻态。因此结具有了单向导电性。半导体材料本身因为其多数载流子是通 过热激发而产生的，随着温度的改变在数量上会有很大的变化，因此其工作温区一般 是在室温附近一个较窄的温度区间内。同时一般的半导体材料对于低磁场并不敏感， 由其构成的二极管器件是不能受到弱磁场调制，这就限制了其的应用范围。
氧化物由于其本身可能具有各种特性，如超导电性，铁电性，超大磁电阻效应等， 因而受到了越来越多的关注。并且，由于材料的不同，存在着两种类型的氧化物以 空穴为主要载流子的p型氧化物，和以电子为主要载流子的n型氧化物。以相应的p 型氧化物和n型氧化物来分别替代传统半导体材料中的p型半导体和n型半导体，这 样形成了一个新的领域一氧化物电子学。氧化物电子学的应用也引起了广泛的关注， 对这个领域的最基本单元一二极管器件进行了深入的研究。从机理上来讲，基本的二 极管器件分由对应的p极和n极组成，空间耗尽层和内建电场的建立是二级管单向导电性得以实现的关键。因此要使用氧化物材料实现这些功能，也需要设法构建相应的 空间耗尽层及内建电场。
氧化物二极管整流器件的实现有几种不同的途径，如P型半导体性的氧化物和n 型半导体性的氧化物结合(Atsushi Kudo, Hiroshi Yanagi, Kazushige Ueda， Hideo Hosono, and Hiroshi Kawazoe and Yoshihiko Yano， Appl. Phys. Lett. 75， 2851 (1999)) ,p型(或n型)金属型的氧化物和传统的半导体材料结合(Yanhong Huang, Kun Zhao， Huibin Lu, Kui-juan Jin, Meng He, Zhenghao Chen, Yueliang Zhou, and Guozhen Yang, A卯l. Phys. Lett. 88, 061919 (2006))。在上述现有技术中，还没 有全部采用金属性氧化物的结构。
只是将氧化物材料合成二级管器件而不对材料的性质做要求，这并不能充分发挥 氧化物材料本身的特点。这是因为氧化物材料的特殊的性质，如超导电性和超大磁电 阻效应， 一般在材料本身呈金属性时效应最大。如果部分地采用金属性的新材料，或 者完全用半导体性的氧化物材料构建二极管，则在一定程度上不能获得由氧化物材料 本身的上述特性而导致的特殊效应。从实际出发，希望充分发挥氧化物材料本身的特 性，使其自身的电输运特性结合到传统的二极管器件中，从而获得具备新功能的新型 器件。因此，存在着对全金属性氧化物异质结器件的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充分发挥氧化物材料本身的特性，使其自身的电输 运特性结合到传统的二极管器件中，可以在很宽的温度范围内具有良好的整流特性、 大的整流系数、较高的反向击穿电压的全金属性氧化物p-i-n结器件及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的-
本发明提供的氧化物p-i-n结器件，包括衬底，在衬底之上形成的p型氧化物层， 在P型氧化物层上形成的n型氧化物层，以及分别形成在p型氧化物层和n型氧化物 层上用于连接引线的引出端；其特征在于还包括夹在所述p型氧化物层和所述n型 氧化物层之间的铁电体势垒层；所述n型氧化物层和所述铁电体势垒层两层设置在所 述的p型氧化物层的一侧，其占p型氧化物层面积的l/3 2/3，其余部分作为p型氧 化物层的引出端；所述n型氧化物层表面作为n型氧化物层的引出端，在p型氧化物 层和n型氧化物层的引出端上分别制作用于连接引线的贵金属焊盘；所述p型氧化物
层和所述n型氧化物层均为金属性的。
在上述的技术方案中，所述衬底包括SrTi03 (简称STO) 、 MgO或LaA103单晶片。
在上述的技术方案中，所述的铁电体势垒层为锆钛酸铅(PZT)、BaTi03或BahSr;TiO:, 材料，其中0〈e〈0.5，所述铁电体势垒层厚度为10 50nm。
在上述的技术方案中，所述p型氧化物层为氧化物磁电阻材料、P型氧化物超导或 P型介电材料；所述P型氧化物层的厚度为50 200 nm。
在上述的技术方案中，所述氧化物磁电阻材料包括铁磁性的钙钛矿结构的锰氧化 物材料；
所述铁磁性的钙钛矿结构的锰氧化物材料包括Lai-xCaxMn03、 La,-ySryMn03和 PiVzCazMn03，其中，0. 2<x<0.4， 0.2<y〈0.4， 0. 2〈z〈0. 4;
所述p型氧化物超导材料包括钇钡铜氧(YBCO)和镧锶铜氧(LSCO); 所述P型介电材料包括锆钛酸铅(PZT)。
在上述的技术方案中，所述n型氧化物层为钙钛矿结构的电子型高温超导铜氧化 物、n型氧化物磁性材料或n型介电材料；所述n型氧化物层的厚度为50 200nm。
在上述的技术方案中，所述钙钛矿结构的电子型高温超导铜氧化物包括
La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 PiVcCecCu04和(SivfYf)Cu02，式中的Y为Nd、 La或Pr，其中，
0. 08<a〈0. 16， 0. 13<b〈0. 16， 0. 13<c〈0. 16， 0. Kf〈0. 15;
所述n型氧化物磁性材料包括La,-dCeaMn03,其中0. 2〈d〈0. 4; 所述n型介电材料包括钛酸钡(BaTi03)和掺Nb钛酸锶(Nb_SrTi03)。 在上述的技术方案中，所述的贵金属材料包括银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)。 这种p-i-n结在很宽的温度范围内具有良好的整流特性、大的整流系数、较高的
反向击穿电压。并且，通过一定的制备方法保证构成异质结构各层的氧化物仍旧保持
了其各自的电学特性，例如对磁场具有较大的响应。
本发明提供的制备氧化物p-i-n结器件的方法，包括以下步骤
1) 选择SrTi03、 MgO或LaA103单晶片作为衬底，采用常规制作半导体器件的清洗 工艺，将衬底清洗干净；
2) 在真空镀膜机中进行真空镀膜，依次在衬底上原位生长一层p型金属性氧化物 层、铁电体势垒层和p型氧化物层；其中生长温度600 70(TC 、背底真空度优于1X 10—4 Pa;沉积气压为10 50Pa纯氧环境下；
所述的P型金属性氧化物层厚度50 200 nm，所述的铁电体势垒层厚度10 50 mii， 所述的n型金属性氧化物层厚度50 200 rnn;
3) 在步骤2)制得的样品上进行涂胶、曝光、显影定影，样品上保留具有图形的 光刻胶薄膜层，该图形和玻璃光刻掩模板上的图形一样，再将该样品放入离子束刻蚀 机的真空腔体中，进行离子束刻蚀；刻蚀的厚度以刻透n型氧化物层和铁电体势垒层 两层薄膜为准，形成n型氧化物层引出端；
4) 经过刻蚀的多层膜从真空腔体取出，用溶胶剂洗去光刻胶，在n型氧化物层和 p型氧化物层的引出端镀上贵金属焊盘，将导电引线分别固定在P型氧化物层和n型氧 化物层引出端的金属焊盘上，制成本发明的全金属性氧化物p-i-n结器件。
在上述的技术方案中，所述的p型氧化物层釆用氧化物磁电阻材料，P型氧化物超 导材料或P型介电材料。
在上述的技术方案中，所述氧化物磁电阻材料包括铁磁性的钙钛矿结构的锰氧化 物材料；
所述铁磁性的钙钛矿结构的锰氧化物材料包括La,-,CaJn03、 Lai-ySryMn03和 PiVzCazMn03，其中，0.2<x<0.4， 0. 2<y<0. 4， 0. 2<z<0. 4;
所述P型氧化物超导材料包括钇钡铜氧(YBCO)和镧锶铜氧(LSCO); 所述P型介电材料包括锆钛酸铅(PZT)。
在上述的技术方案中，所述n型氧化物层为钙钛矿结构的电子型高温超导铜氧化 物、n型氧化物磁性材料或n型介电材料。
在上述的技术方案中，所述钙钛矿结构的电子型高温超导铜氧化物包括 La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 Pr2-cCecCu0j (Sr,-fYf)Cu02，式中的Y为Nd、 La或Pr，其中， 0. 08<a<0. 16， 0. 13<b〈0. 16, 0. 13〈c〈0. 16， 0. Kf<0. 15;
所述n型氧化物磁性材料包括Lai-dCedMn03，其中0. 2<d<0. 4;
所述n型介电材料包括钛酸钡(BaTi03)和摻Nb钛酸锶(Nb-SrTi03)。
在上述的技术方案中，所述的铁电体势垒层为锆钛酸铅、BaTi03或BahSrJi03材 料，其中0<e<0. 5。
在上述的技术方案中，所述的贵金属材料包括Ag、 Au、 Pt。 本发明的优点-
在本发明的氧化物异质结器件中，势垒层材料不仅在P型氧化物层和n型氧化物层 之间提供空间耗尽层，同时由于其铁电性，在外加电场的情况下可以产生一个反向极 化场。在p型氧化物层和n型氧化物层保持金属性的情况下，虽然材料本身的载流子 数量也会随温度变化而变化，但是变化的幅度比半导体材料在相同的温度范围要小得 多，因此，可以在很宽的温度范围内保持结的整流特性，从而所得到的器件可以在温 度变化较大的环境中稳定地工作。P型氧化物层和n型氧化物层之间的结电阻随着外加 偏置电压变化，产生规律性的逐渐变化。在外加偏置电压达到一定值时，正向电阻和 反向电阻表现出几个数量级上的差异。在外加偏压为正向的时候，当电压值从零开始 逐渐增大时，结电流(即从导电引线引入通过整个结的电流)，在开始缓慢增大，当 电压值达到一定的值时(以下简称正向开启电压)电流增大开始加剧。而在外加偏置 电压为反向的时候，从零开始到一个相对较高的电压值，结电流值一直保持为一个极 小的值，随着电压值缓慢增大。整个结在一定的较宽的外加电压范围内表现为单向导 通的特点，从而使整个结具有了整流特性。
并且，如果采用钙钛矿型锰氧化物超大磁电阻材料形成异质结构p型氧化物层，那 么P型氧化物层既具有金属性，又具有磁电阻效应，从而结电阻会受到外加磁场的调 制作用。在外加正向偏压的时候，结的电阻随着外加磁场的增大而变小，并且，即使 外加磁场较小，结电阻也能表现出明显的变化，从而可用作磁探测传感器件。
另一方面，在本发明的优选实施方式中，异质结的各层全部由钙钛矿型氧化物材料 形成，因此有利于形成外延结构，能够作为基本的工作单元集成在氧化物电路中。
本发明的制备方法简单，结构易于实现，有利于推广到大规模集成化生产；集成多 种氧化物材料于一体，实现了单一器件功能的多样化。
图1A-1B.根据本发明的全金属性氧化物p-i-n结器件的结构的示意性斜视图和侧 视图。
图2.根据本发明的全金属性氧化物p-i-n结在不同温度下的电流一电压(I一V) 曲线。
图3.根据本发明的全金属性氧化物p-i-n结的整流系数随温度变化曲线。 图4.全金属性氧化物p-i-n结电流一电压曲线随外加磁场变化图。
附图标记说明
l-n型氧化物层2-铁电体势垒层 3-p型氧化物层
4-衬底 5-n型氧化物层上的焊盘 6-p型氧化物层上的焊盘
具体实施例方式
下面结合附图和制备方法对本发明的全金属性氧化物异质结器件进行详细说明
实施例1
图1A-lB示出了根据本发明的全金属性氧化物p-i-n结器件制作的一种实施例的示 意性斜视图和侧视图。
本实施例的氧化物异质结器件包括ST0衬底4，在ST0衬底4之上形成的p型氧化 物层3，以提供空穴型载流子，在p型氧化物层上方形成的n型氧化物层l，以提供电 子型载流子，夹在所述P型氧化物层3和所述n型氧化物层1之间的铁电体势垒层2; 所述铁电体势垒层2为氧化物铁电材料Ba卜eSr Ji03,所述p型氧化物层3为La,-ySryMn03， 所述n型氧化物层1为La2—aCeaCu04 。通过离子刻蚀工艺将n型氧化物层和铁电体势垒 层两层刻去1/3 2/3的面积，以及分别形成在p型氧化物层3和n型氧化物层1上用 于连接引线的P型氧化物层贵金属焊盘6和n型氧化物层贵金属焊盘5。
形成该全金属氧化物异质结的方法包括如下步骤
1. 首先在真空镀膜设备中，调整温度为700'C，背底真空度lX10"Pa;沉积气压 为30Pa的纯氧环境下，使用ST0单晶衬底4上依次原位生长p型氧化物层3，该p型 氧化物层为金属性的钙钛矿结构的锰氧化物La卜ySryMn03层，该p型氧化物层厚度为50 nm;生长铁电势垒层2，该铁电势垒层为金属性氧化物BahSiVTi03材料层，该铁电势 垒层厚度为10nm;和生长n型氧化物层l，该n型氧化物层1为钙钛矿结构的电子型 高温超导铜氧化物La2-aCeaCu04，其中n型氧化物层厚度为150 nm，制成多层膜片-
2. 制备光刻胶掩模首先制备玻璃基掩模板，采用计算机设计好光刻胶掩模所需 的图形，经电子束曝光将图形制作到以氧化铬作为不透光层的硬质掩模上。制备好玻 璃基掩模之后可以正式开始光刻过程。在多层膜样品上滴上光刻胶，放在甩胶台上甩 成胶膜，然后在80 'C烘烤固胶。将曝光掩模紧贴在样品胶膜面之上，在紫外线曝光灯 下曝光60 180秒。以NaOH溶液作为显影液，将样品上的胶膜已经曝光的部分去掉， 形成带有所需图形的光刻胶掩模，显影的程度可以在远离紫外波段的其他可见光源下
观察以便控制；
3. 离子束刻蚀
将以上制备好的带有光刻胶掩模的多层膜样品放入离子刻蚀仪的真空腔体中，对真 空室抽真空，直到真空室中的背底真空度优于l.OXl(TPa;充入高纯氩气，真空室内 保持流动的氩气压力；
将样品台倾斜10 20度，并旋转样品台同时使用循环水系统对样品台进行冷却， 然后开始刻蚀。控制刻蚀时间，以完全刻透P型氧化物层之上的n型氧化物层和铁电 体势垒层共两层膜为准，其中刻蚀掉它们两层的1/3 2/3的面积，留在p型氧化物层 一侧之上；其余部分作为p型氧化物层的引出端；所述n型氧化物层表面作为n型氧 化物层的引出端，在p型氧化物层和n型氧化物层的引出端上分别制作用于连接引线 的贵金属焊盘；
4. 用溶胶剂丙酮洗去光刻胶；
5. 镀贵金属焊盘
将除去光刻胶的多层膜紧贴在相应的金属掩板一侧，金属掩板在相应的地方为镂 空，将相应的p型氧化物层和n型氧化物层暴露出来。在多层膜表面沉积上80 120 nm 厚的贵金属Au电极。
6. 以铟为焊料，将导电引线分别焊接在结n型氧化物层和p型氧化物层引出端的 贵金属Au焊盘上。
图2示出了根据本发明的全金属性氧化物异质结在不同温度下的电流一电压(1_ V)曲线。在从5K到室温宽温度范围内，异质结都能够保持良好的整流特性，即在一 定的正向外加偏压下呈现低阻态，而在反向外加偏压下呈现高阻态。其中，整流系数 具有正的温度系数，反向电流很小，约为1(TA量级，并且具有较高的反向击穿电压。
图3示出了根据本发明的全金属性氧化物异质结的整流系数随温度变化曲线，其 中，结的整流系数随温度上升而增加，但变化很小，表明该异质结器件可以在温度变 化较大的环境中稳定地工作。
图4示出了根据本发明的全金属性氧化物异质结电流一电压曲线随外加磁场变化 图，在外加磁场分别为O高斯，20高斯，50高斯，100高斯，1000高斯的情况下测量 的I一V曲线，在相同的正向外置偏压下，结电流随着外加磁场变大而明显增大。在不 同磁场下I-V曲线的变化表明该异质结的结电阻响应外磁场的变化而改变，从而可以将该异质结器件作为磁探测传感器件。
实施例2
5. 完成实例1中的步骤1 4以后，再使用匀胶机在多层膜表面甩上一层均匀的光 刻胶。并采用一块玻璃基掩模板在多层膜上制备光刻胶掩模。
6. 采用直流磁控溅射设备，在直流溅射的模式下，在多层膜上镀上一层贵金属Ag。
7. 将镀过Ag的多层膜用丙酮清洗，原来有光刻胶掩模图形的部分的光刻胶和其上 的Ag将会被丙酮溶液洗掉，而没有光刻胶掩模处的Ag将会保留下来作为焊盘。
8. 用铟为焊料，将导电引线分别焊接在p型氧化物层和n型氧化物层引出端的焊 盘上。
实施例3
1..首先在真空镀膜设备中，调整温度为680'C，背底真空度5X10—5Pa;沉积气压 为30Pa的纯氧环境下，使用SrTiO" MgO或LaA103为衬底，在其上依次原位生长p型 金属性的钙钛矿型锰氧化物Lai-ySryMn03.该La,-ySryMn03层厚200 nm,铁电性氧化物 Ba卜eSrJi03势垒层50 nm和电子型氧化物La2—,CexCu04 n型层200 nm，制成多层膜片；
其他步骤与实施例1中的第2、 3、 4、 5、 6步骤相同。
实施例4
1. 首先在真空镀膜设备中，调整温度为65(TC,背底真空度1X10—5Pa;沉积气压 为50Pa的纯氧环境下，使用SrTiO" MgO或LaA103作为衬底，在其上依次原位生长金 属性的钙钛矿型锰氧化物La,-,CaxMn03p型层100 nm，铁电性氧化物Ba卜sSr。Ti03势垒层 20 nm和电子型氧化物La2—aCeaCu04n型层100 nm，制成多层膜片；
2. 执行实例1中步骤2;
3. 离子束刻蚀
将以上制备好的带有光刻胶掩模的多层膜样品放入离子刻蚀仪的真空腔体中，对真 空室抽真空，直到真空室中的背底真空度优于1.0X10—3 Pa;充入高纯氩气，真空室内 保持流动的氩气压力。
将样品台倾斜10 20度，并旋转样品台同时使用循环水系统对样品台进行冷却，
然后开始刻蚀。控制刻蚀时间，以完全刻透La, —xCa,Mn03层之上的La2-aCeaCu04和 Ba卜eSreTi03共两层膜为准；
其他步骤与实施例1中的第4、 5、 6步骤相同。
实施例5
1..首先在真空镀膜设备中，调整温度为60(TC,背底真空度5X10—6Pa;沉积气压 为10Pa的纯氧环境下，使用SrTi03， MgO或UA103作为衬底，在其上依次原位生长金 属性的钙钛矿型锰氧化物La卜,SryMn03 p型层100 nm，铁电性氧化物BaTi03势垒层20 nm 和电子型氧化物La2—aCeaCu04 n型层100 nm，制成多层膜片；
2. 执行实例1中步骤2;
3. 离子束刻蚀
将以上制备好的带有光刻胶掩模的多层膜样品放入离子刻蚀仪的真空腔体中，对真 空室抽真空，直到真空室中的背底真空度优于1.0X10—3 Pa;充入高纯氩气，真空室内 保持流动的氩气压力。
将样品台倾斜10 20度，并旋转样品台同时使用循环水系统对样品台进行冷却， 然后开始刻蚀。控制刻蚀时间，以完全刻透La卜ySr,Mn03层之上的La2—aCeaCuOj[l BaTi03 共两层膜为准；
其他步骤与实施例1中的第4、 5、 6步骤相同。
实施例6
本实施例中的衬底釆用SrTi03， MgO或LaA103， p型氧化物层采用超导材料忆钡铜 氧(YBCO)或镧锶铜氧(LSCO)等超导材料，厚度100nm, n型氧化物层可以采用 La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 Pr2—cCeXu04或(Sr,—fYf)Cu02等n型高温超导铜氧化物，厚度 lOOnm，铁电体势垒层采用锆钛酸铅(PZT)，厚度20rnn，其它结构和制作步骤与实施 例l相同。
实施例7
本实施例中的p型氧化物层采用p型介电材料锆钛酸铅(PZT) ， n型氧化物层采 用钛酸钡(BaTi03)或掺Nb钛酸锶(Nb — SrTiO》等n型介电材料，其它结构和制作
步骤与实施例1相同。
上述实施例所使用的的设备及材料
一超声清洗仪(指标不作特别要求)
一真空镀膜设备极限真空为1.0X10—6 Pa，基片台加热最高温度IOO(TC，镀膜 设备中可以同时装载3块或3块以上的靶材。靶基距可以在3 10厘米之间进行调节。
一真空镀膜系统配套的真空泵机组
第一级真空泵采用机械泵，抽气速率为8.0 L/s，极限压力为6X10—2 Pa; 第二级真空泵采用分子泵，抽气速率为600 L/s，极限压力为1.0X10—8 Pa; 一真空镀膜设备的配套温控仪采用欧陆公司生产的818型单回路过程调节器-一离子刻蚀设备采用中国航天总公司23所的LKJ一1C一150型离子刻蚀仪，极限 压力为5.0X10—4 Pa
一离子刻蚀设备的配套真空泵组-
第一级真空泵采用机械泵，抽气速率为8.0L/s，极限压力为6X10—2 Pa;
第二级真空泵采用分子泵，抽气速率为600 L/s，极限压力为1.0X10—8 Pa。 一匀胶机；
一釆用紫外线光源的曝光机。
—镀电极磁控溅射设备
第一级真空泵采用机械泵，抽气速率为8.0L/s，极限压力为6X10—2 Pa; 第二级真空泵采用分子泵，抽气速率为600 L/s,极限压力为1.0X10—8 Pa。
磁控直流溅射电源。
材料要求分析纯丙酮，在ST0单晶衬底上原位外延生长的LahCeXu04(以下简称 LCCO) /Ba,SrhTi03(以下简称BST)/La,—,SrJn03 (以下简称LSMO) 多层膜。紫外光刻 胶
检测手段
—采用Dektak IIA型台阶测厚仪和AFM测量刻蚀深度；
一采用美国QUANTUM Design公司生产的MPMS超导量子干涉磁强计测量提供低温 和磁场环境，采用自行设计和组装的测试系统测量全金属性氧化物异质结在不同温度 下不同场强下的I —V特性。
尽管已经按照示例性实施例的形式描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解可 以在权利要求范围内以修改的方式来实施本发明。例如，根据本文的教导，可以采用
公知的其它材料形成n型氧化物层，Nd2-bCebCu04、 Prv。Ce。Cu04、 (SiVfYf)Cu02等，以及 采用公知的其它材料形成p型氧化物层，如LahCaJn03， PrhCaJn03等，以及采用公 知的其它材料形成铁电体势垒层，如PZT、 BaTi03等，并且可以选择未来发现的n型氧
化物、p型氧化物和铁电体材料来形成本发明的器件。
在本文中，对于制备方法各步骤及工艺参数的详细描述只是为了便于理解本发明的
优选实施方式，而不是为了限制本发明。
权利要求
1、一种氧化物p-i-n结器件，包括衬底，在衬底之上形成的p型氧化物层，在p型氧化物层上形成的n型氧化物层，以及分别形成在p型氧化物层和n型氧化物层上用于连接引线的引出端；其特征在于还包括夹在所述p型氧化物层和所述n型氧化物层之间的铁电体势垒层；所述n型氧化物层和所述铁电体势垒层两层设置在所述的p型氧化物层的一侧，其占p型氧化物层面积的1/3～2/3，其余部分作为p型氧化物层的引出端；所述n型氧化物层表面作为n型氧化物层的引出端，在p型氧化物层和n型氧化物层的引出端上分别制作用于连接引线的贵金属焊盘；所述p型氧化物层和所述n型氧化物层均为金属性的。
2、 根据权利要求1的氧化物p-i-n结器件，其特征在于所述衬底包括SrTi03、 MgO或LaA103单晶片。
3、 根据权利要求1的氧化物p-i-n结器件，其特征在于所述的铁电体势垒层为 锆钛酸铅、BaTi03或BahSrJi03材料，其中(Ke〈0. 5，所述铁电体势垒层厚度为10 50ran
4、 根据权利要求l的氧化物p-i-n结器件，其特征在于所述p型氧化物层为氧 化物磁电阻材料、p型氧化物超导或p型介电材料；所述p型氧化物层的厚度为50 200 nm。
5、 根据权利要求4的氧化物p-i-n结器件，其特征在于所述氧化物磁电阻材料 为铁磁性的钙钛矿结构的锰氧化物材料；该铁磁性的钙钛矿结构的锰氧化物材料包括 LahCaxMn03、 La卜ySr,Mn03或PivXaJnO"其中，0. 2〈x〈0. 4， 0. 2<y<0. 4， 0. 2〈z<0. 4;所述p型氧化物超导材料为钇钡铜氧或镧锶铜氧； 所述P型介电材料为锆钛酸铅。
6、 根据权利要求l或2的氧化物p-i-n结器件，其特征在于所述n型氧化物层 为钙钛矿结构的电子型高温超导铜氧化物、n型氧化物磁性材料或n型介电材料；所述 n型氧化物层的厚度为50 200nm。
7、 根据权利要求6的氧化物p-i-n结器件，其特征在于所述钙钛矿结构的电子 型高温超导铜氧化物为La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 Pr^CeAA或(SrwYf)Cu02，其中， 0.08<a<0.16， 0. 13<b<0. 16， 0. 13<c<0. 16， 0. 10<f〈0. 15， Y为Nd、 La或Pr;所述n型氧化物磁性材料为LaHCedMn03，其中0. 2〈d<0. 4; 所述n型介电材料为钛酸钡或掺Nb钛酸锶。
8、 一种制备氧化物p-i-n结器件的方法，包括以下步骤1) 选择SrTi03、 MgO或LaA103单晶片作为衬底，采用常规制作半导体器件的清洗 工艺，将衬底清洗干净；2) 在真空镀膜机中进行真空镀膜，依次在衬底上原位生长一层p型金属性氧化物 层、铁电体势垒层和p型氧化物层；其中原位生长条件生长温度600 70(TC 、背底 真空度优于或等于1X10—4 Pa;沉积气压为1() 50Pa纯氧环境下；所述的p型金属性氧化物层厚度50 200 nm，所述的铁电体势垒层厚度10 50 nm，所述的n型金属性氧化物层厚度50 200nm;3) 在步骤2)制得的样品上进行涂胶、曝光、显影定影，样品上保留具有图形的 光刻胶薄膜层，该图形和玻璃光刻掩模板上的图形一样，在将该样品放入离子束刻蚀 机的真空腔体中，进行离子束刻蚀；刻蚀的厚度以刻透n型氧化物层和铁电体势垒层 两层薄膜为准，形成p型氧化物层引出端；4) 经过刻蚀的多层膜从真空腔体取出，用溶胶剂洗去光刻胶，在n型氧化物层和 p型氧化物层的引出端镀上贵金属焊盘，将导电引线分别固定在p型氧化物层和n型氧 化物层引出端的金属焊盘上，制成本发明的全金属性氧化物p-i-n结器件。
9. 根据权利要求8所述的制备氧化物p-i-n结器件的方法，其特征在于，所述的 P型氧化物层采用氧化物磁电阻材料，p型氧化物超导材料或p型介电材料；该氧化物 磁电阻材料包括La卜xCaJn03、 La卜,SryMn03或PrvzCazMn03的铁磁性的钙钛矿结构的锰氧 化物材料；其中，0. 2<x<0.4， 0.2<y〈0.4, 0. 2〈z<0. 4;所述p型氧化物超导材料为钇钡铜氧或镧锶铜氧； 所述P型介电材料为锆钛酸铅。
10. 根据权利要求8所述的制备氧化物p-i-n结器件的方法，其特征在于，所述n 型氧化物层为钙钛矿结构的电子型高温超导铜氧化物、ri型氧化物磁性材料或n型介电 材料。
11、 根据权利要求ll所述的制备氧化物p-i-n结器件的方法，其特征在于，所述 钙钛矿结构的电子型高温超导铜氧化物包括La2—aCeaCu04、 Nd2—bCebCu04、 Prv。Ce。Cu04或 (SivfYf)Cu02,其中，0.08<a<0. 16， 0. 13<b<0. 16， 0. 13〈c〈0. 16， 0. 10〈f<0. 15， Y为Nd、 La或Pr;所述n型氧化物磁性材料包括Lai-dCedMn03,其中0. 2<d〈0. 4; 所述ri型介电材料为钛酸钡或掺Nb钛酸锶。
12、根据权利要求8所述的制备氧化物p-i-n结器件的方法，其特征在于，所述 的铁电体势垒层为锆钛酸铅、BaTi03或BahSrJi03材料，其中0〈e〈0.5。
全文摘要
本发明涉及一种氧化物p-i-n结器件及其制备方法，该器件包括衬底，在衬底之上形成的p型氧化物层，在p型氧化物层上形成的n型氧化物层，以及分别形成在p型氧化物层和n型氧化物层上用于连接引线的引出端和在p型氧化物层和n型氧化物层之间的铁电体势垒层；n型氧化物层和铁电体势垒层两层设置在的p型氧化物层的一侧，其占p型氧化物层面积的1/3～2/3，其余部分作为p型氧化物层的引出端；n型氧化物层表面作为n型氧化物层的引出端，在p型氧化物层和n型氧化物层的引出端上分别制作用于连接引线的贵金属焊盘；p型氧化物层和n型氧化物层均为金属性的；本发明的器件制备方法简单，结构易于实现，实现了单一器件功能的多样化。
文档编号H01L29/66GK101197396SQ20061016495
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者昊 吴, 曹立新, 朱北沂, 洁 袁, 波 许, 力 赵, 赵柏儒, 魁 金 申请人:中国科学院物理研究所