时后获得Pr0.7 (Ca〇. 6Sr〇. 4) ?. 3Mn03 靶材。
[0082] (2 )沉积钙钛矿型锰氧化物薄膜：将商购的（001)取向的0. 7Pb(Mg1/3Nb2/3) O3-O. 3PbTi03 (PMN-PT)单晶衬底(合肥科晶材料技术有限公司，厚度0. 2mm)经丙酮和 酒精超声清洗去除表面油污，之后用酒精、去离子水冲洗干净后，固定在加热盘上中心位 置。然后，将步骤（1)制得的靶材和载有衬底的加热盘装入脉冲激光沉积系统，抽真空至 I. 7XKT4Pa,将衬底加热至670°C。充入高纯氧气（纯度为99. 999%)至120Pa，开启脉冲激 光，采用脉冲激光沉积技术在衬底上直接生长钙钛矿型锰氧化物薄膜。沉积的条件包括：激 光能量400mJ、脉冲频率1赫兹、腔体内衬底和靶之间的距离5. 2cm、薄膜沉积温度670°C、沉 积的时间为8分20秒。薄膜沉积厚度为30nm。
[0083] 将制得的薄膜原位在一个大气压的氧气气氛下随炉冷却到室温以保证薄膜的化 学配比，以防欠氧。
[0084] (3 )在步骤（2 )制得的Pra7 (CaQ. 6SrQ. 4) Q. 3Mn03/PMN-PT(001) 30nm的薄膜表面和 PMN-PT衬底背面分别蒸镀上金电极，在PMN-PT上纵向施加偏置电场，测量薄膜面内输运行 为(如图1所示)。
[0085] 产品测定及结果分析：
[0086] (1)利用Cu靶X射线衍射仪（Rigaku公司生产，型号：RINT2400)测定了样 品在室温下X射线衍射（XRD)谱线。图7示出本实施例制备的Pra7(Caa6Sra4)a3MnO3/ PMN-PT(001)30nm薄膜在室温下采集的XRD谱线。可以看出薄膜为（001)取向，外延 生长在PMN-PT(OOl)衬底上。由衍射峰位可以计算出样品的晶胞参数c=0. 382nm，与 Pra7 (Caa6Sra4)a3Mn03块材的晶胞参数相比较，进一步可得到薄膜样品面内的拉伸应变约 为 0?730%。
[0087] (2)用超导量子干涉磁强计（SQUID,QuantumDesign,USA,商品型号：VSM)测定 了外加偏置电场作用下薄膜面内电阻率对温度的依赖关系。图8a示出本实施例制得的 Pra7 (CaQ. 6SrQ. 4) Q. 3Mn03/PMN-PT(001) 30nm样品在零磁场、零电场下薄膜面内（100)方向电 阻率-温度关系，表现为相分离体系典型的渗流输运行为（对于轨道有序绝缘相与铁磁金 属相共存体系，当铁磁金属相比例达到某渗流域值时出现渗流输运行为，表现为：随温度降 低，Ttj温度以下电阻率的陡峭下降并伴随温度滞后）；
[0088]图 8b给出本实施例制得的PrQ. 7 (CaQ. 6SrQ. 4) Q. 3Mn03/PMN-PT(001) 30nm样品在外 加-lOKV/cm偏置电场下薄膜面内（100)方向的电阻率-温度关系，可以看出外加偏置电场 导致薄膜升温过程电阻升高；
[0089]图 8c给出本实施例制得的Pra7 (CaQ. 6SrQ. 4) Q. 3Mn03/PMN-PT(001) 30nm样品面 内（100)方向在加偏置电场（E=-10kV/cm)情况下升温的电阻变化率，即场致电阻效应 (dR=(R(E)-R(0))/R(0))和温度的关系。可以发现，场致电阻效应符号为正，峰值为3747% (温度67. 65K)。正的偏置电场（+lOkV/cm)使薄膜电阻下降，是极化效应、晶格应变效应、静 电场对分离各相的影响竞争的结果。
[0090] 以上结果表明：在（001)、（011)取向的 0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-O. 3PbTi03衬底上生长 具有相分离特征的Pra7 (Caa6Sra4)a3Mn03外延薄膜引入大的面内各向同性、面内各向异性 张应变均可实现较强的相分离特征，并通过外加偏置电场诱导获得正的场致电阻效应；通 过调节薄膜厚度、外加偏置电场的大小、极性可调控场致电阻效应幅度，便于器件的设计与 应用。
【主权项】
1. 一种具有正的场致电阻效应的异质结构材料，所述异质结构材料包括：(001)、 (011)或其斜切取向的具有反压电特性的PMN-PT单晶衬底和外延生长于该单晶衬 底上的巧铁矿型猛氧化物薄膜，其中，所述巧铁矿型猛氧化物薄膜的化学通式为： Prc.7Kai_,Siga.3Mn〇3,0 < X < 1，所述PMN-PT单晶衬底与所述巧铁矿型猛氧化物薄膜的晶 格失配度为3. 5?4. 6%。
2. 根据权利要求1所述的异质结构材料，其中，所述PMN-PT单晶衬底的化学通式为： (1-y) [Pb(Mgi/3Nb2/3)〇3]-(y) [PbTi〇3]，y=0. 3 ?0. 4。
3. 根据权利要求1或2所述的异质结构材料，其中，所述巧铁矿型猛氧化物的块材表现 出相分离特征。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的异质结构材料，其中，所述PMN-PT单晶衬底的 厚度为0. 05?0. 5mm ;优选地，所述巧铁矿型猛氧化物薄膜的厚度为1?500nm。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的异质结构材料，其中，所述巧铁矿型猛氧化物薄 膜的化学通式为；Pra.7(化i_xSrx)a.3Mn〇3,0. 2 < X < 0. 6 ;优选地，所述PMN-PT单晶衬底与所 述巧铁矿型猛氧化物薄膜的晶格失配度为4. 0?4. 5%。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的异质结构材料，其中，在PMN-PT单晶衬底的背 面和Pra.7(Cai_xSrx)a.3Mn〇3薄膜表面上蒸锻Au、Ag或Pt电极，并在PMN-PT单晶衬底上施加 纵向电场后，所述异质结构材料表现出正的场致电阻效应。
7. 权利要求1至6中任一项所述异质结构材料的制备方法，所述方法包括： (1) 制备巧铁矿型猛氧化物祀材：按照Pr。. 7府1_押,)。.3Mn〇3化学式配料，原料为Pr、Ca、 Sr和Mn各自的氧化物或碳酸盐；将原料研磨充分混合后，在600?125(TC下锻烧9?24 小时，取出再次研磨，然后在同样条件下锻烧，反复3?4次，最后在1200?135CTC下烧结， 即得到巧铁矿型猛氧化物Pr。. 7 (Cai_xSig。. sMn化祀材； (2) 沉积巧铁矿型猛氧化物薄膜：将（001)、（011)或其斜切取向的PMN-PT单晶衬底和 步骤（1)制得的Pr。.，(Cai_ySig。. 3Mn〇3祀材安装在薄膜沉积腔内，利用脉冲激光沉积技术在 所述（001)、（011)或其斜切取向的PMN-PT单晶衬底上生长？1'。.7佑31_押山.3111〇3薄膜。
8. 根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括；（3)在PMN-PT单晶衬 底的背面和Pra.,(Cai_ySiga.3Mn〇3薄膜表面上蒸锻Au、Ag或Pt电极，然后，在PMN-PT单晶 衬底上施加纵向电场。
9. 根据权利要求7或8所述的制备方法，其中，所述脉冲激光沉积技术的条件包括： 激光能量为50?800mJ ;脉冲频率为1?12赫兹；PMN-PT单晶衬底与祀材之间的距离为 2?8cm ;薄膜沉积温度为600?90(TC ;背底真空度小于5X 1〇-中3 ;氧气压力为1〇-2? 200Pa ;优选地，沉积的时间为1?60min ;优选地，所述步骤（2)还包括：待薄膜生长结束 后，在0. 1?1个大气压的氧气气氛中冷却到室温。
10. 权利要求1至6中任一项所述异质结构材料或者权利要求7至9中任一项所述制 备方法制得的异质结构材料用于微电子功能器件的用途，优选地，所述微电子功能器件包 括低温电场调控电阻开关。
【专利摘要】本发明提供一种具有正的场致电阻效应的异质结构材料及其制备方法和用途。所述材料包括：(001)、(011)或其斜切取向的具有反压电特性的PMN-PT单晶衬底和外延生长于该单晶衬底上的钙钛矿型锰氧化物薄膜，其中，所述PMN-PT单晶衬底与所述钙钛矿型锰氧化物薄膜的晶格失配度为3.5～4.6%。通过控制薄膜厚度、衬底上纵向偏置电场的大小可以方便地调节极化效应、晶格应变效应以及静电场对薄膜相分离各相的影响，进而调节薄膜面内正的场致电阻效应。本发明提供的可获得正的场致电阻效应的异质结构材料及其制备方法具有设计简单、低功耗、方便易操作等特点，有利于器件应用。
【IPC分类】H01L43-10, H01L43-12
【公开号】CN104600191
【申请号】CN201310529501
【发明人】赵莹莹, 胡凤霞, 王晶, 匡皓, 王栓虎, 孙继荣, 沈保根
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年10月31日