一种具有光电特性的TbMnO₃异质结的制备方法

专利名称：一种具有光电特性的TbMnO₃异质结的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有光电特性的TbMnO3异质结的制备方法。属于电子技术工程技术领域。
背景技术：
钙钛矿氧化物具有介电、铁电、压电、光电、超导、巨磁电阻以及光学非线性等很多吸引人的特性与效应.尽管钙钛矿型氧化物的性质各异，但大部分在结构上具有很好的相容性.随着制膜技术的进步和对薄膜特性研究的深入，对于完全钙钛矿氧化物器件的探索也越来越多，如肖特基结、p-n结、场效应管等。铌Nb掺杂的SrTiO3(NSTO)实质上是电子掺杂，表现出η型掺杂的特性。低掺杂的NSTO是优良的半导体，与金属接触表现出良好的肖特基(Schottky)整流特性，而掺杂浓度较高的NSTO表现出金属特性。钙钛矿锰基氧化物一般呈绝缘体或ρ型半导体特性，如 TbMnO3和LaMnO3, 二价阳离子掺杂以后，在掺杂比例大时表现出金属特性，属空穴掺杂，如 La0.67Ca0.33Mn03, La0.67Ba0.33Mn03，La0.67Sr0.33Mn03 等。钙钛矿锰基氧化物与 NSTO 接触后，在界面会形成P-n结，很多报道的p-n结具有非常好的整流特性和很好的温度稳定性，有的p-n 结不仅具有非常高的整流特性，而且有非常大的的磁效应，甚至有的P-n结还有好的光效应。近年来，由于磁-铁电现象在磁电和磁光等装置上的潜在应用前景，人们对磁-铁电材料和物理的研究增加。最近，在磁-铁电材料的iTbMnO3中发现大的磁电和磁容效应， 这为实现磁和电极化的多重控制提供了可能。基于过渡金属钙钛矿氧化物TbMnO3中有很多优异的物理性能，正在开发它们在器件方面的应用。

发明内容
1、目的本发明的目的是提供一种具有光电特性的TbMnO3异质结的制备方法，它克服了现有技术的不足，经过一定量的离子注入，该异质结在在室温表现出很灵敏的可见光调制电流等特性。2、技术方案一种具有光电特性的TbMnO3异质结，它是在0. 5毫米厚的η型导电掺铌钛酸锶Nb-SrTiO3基片上外延生长100-150nm厚的TbMnO3薄膜，在二者界面处形成TbMnO3/ Nb-SrTiO3异质结。基片Nb-SrTiO3是立方结构的(110)方向，TbMnO3薄膜外延的方向是 (200)；本发明一种具有光电特性的TbMnO3异质结的制备方法，该方法具体步骤如下步骤一用固相反应法高温烧结出TbMnO3靶材=TbMnO3所用的靶材由99. 99 %的 MnO2和Tb7O11高纯试剂粉末通过固相反应法，采用最高可达1600°C管式高温炉，在1400°C 高温下、12小时反复烧结3次，得到单相的TbMnO3粉末后，再模压成直径沈毫米、厚4毫米的圆饼在1450°C、12小时烧结而成TbMnO3靶材；步骤二 利用脉冲激光沉积方法制备TbMnO3薄膜；其具体制作过程是
衬底采用厚度0. 5毫米η型导电掺铌钛酸锶Nb-SrTiO3基片；靶材采用上步模压、 烧结而成的iTbMnO3靶材；采用MSnm KrF激光器制备，激光的能量密度为2. 2J/cm2，沉积薄膜时的衬底温度为720V，氧气压力为35Pa，沉积后迅速充氧至1个大气压；沉积薄膜充氧后，衬底温度以每分钟3度的速率降至500°C，随后关闭激光器，自然降温；TbMnO3薄膜厚度为100-150nm ；步骤三把TbMnO3薄膜放置于聚焦离子束和电子束组成的双束系统中，采用加速电压25-30kV进行镓离子注入，注入时间为每单位平方毫米30秒；步骤四运用X射线衍射仪表征薄膜的微结构，分析TbMnO3薄膜的外延生长方向。 见图1，该图清晰表明生长的TbMnO3薄膜是(200)方向的单晶薄膜。步骤五=TbMnO3薄膜上溅射厚度lOOnm、面积0. 15mmx0. 3mm钼作上电极，基片为下电极，在探针台上，采用半导体参数测试仪HP4200进行加载士5V电压电流特性测量，在测量过程中随时可加载可见光进行光调制。3、优点及功效本发明一种具有光电特性的11^1103异质结的制备方法，其特点是 制作简单，重复性好，光响应敏感，在光电器件有很好的应用前景。


图ITbMnO3薄膜试样的X射线衍射2I~bMn03试样一室温光响应电压-电流特性QOcycles)示意3TbMn03试样二室温光响应电压-电流特性示意4TbMn03试样三室温光响应电压-电流特性示意5TbMn03试样四室温光响应电压-电流特性示意6本发明流程框中符号说明如下2 θ -2倍衍射角，I (A)-电流(安培)，V(V)-电压(伏特)
具体实施例方式见图6，本发明一种具有光电特性的TbMnO3异质结的制备方法，该方法具体步骤如下步骤一用固相反应法高温烧结出TbMnO3靶材=TbMnO3所用的靶材由99. 99%的MnO2和 Tb7O11高纯试剂粉末通过固相反应法，采用最高可达1600°C管式高温炉，在1400°C高温下、 12小时反复烧结3次，得到单相的TbMnO3粉末后，再模压成直径沈毫米、厚4毫米的圆饼在1450°C、12小时烧结而成TbMnO3靶材；步骤二 利用脉冲激光沉积方法制备TbMnO3薄膜；其具体制作过程是衬底采用厚度0. 5毫米η型导电掺铌钛酸锶Nb-SrTiO3基片；靶材采用上步模压、 烧结而成的iTbMnO3靶材；采用MSnm KrF激光器制备，激光的能量密度为2. 2J/cm2，沉积薄膜时的衬底温度为720°C，氧气压力为35Pa，沉积后迅速充氧至1个大气压；沉积薄膜充氧后，衬底温度以每分钟3度的速率降至500°C，随后关闭激光器，自然降温；!^叫薄膜厚度为 150nm ；步骤三把TbMnO3薄膜放置于聚焦离子束和电子束组成的双束系统中，采用加速电压25kV进行镓离子注入，注入时间为每单位平方毫米30秒；步骤四运用X射线衍射仪表征薄膜的微结构，分析薄膜的外延生长方向。见图1，该图清晰表明生长的TbMnO3薄膜是(200)方向的单晶薄膜。 步骤五薄膜上溅射厚度lOOnm、面积0. 15mmx0. 3mm钼作上电极，基片为下电极， 在探针台上，采用半导体参数测试仪HP4200进行加载士5V电压电流特性测量，在测量过程中随时可加载可见光进行光调制。图2-图5为TbMnO3试样一室-四室温光响应电压-电流特性示意图。
权利要求
1.一种具有光电特性的TbMnO3异质结的制备方法，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一用固相反应法高温烧结出iTbMnO3靶材；TbMnO3所用的靶材由99. 99%的MnA和Tb7O11高纯试剂粉末通过固相反应法，采用最高达1600°C管式高温炉，在1400°C高温下、12小时反复烧结3次，得到单相的TbMnO3粉末后，再模压成直径26毫米、厚4毫米的圆饼在1450°C、12小时烧结而成TbMnO3靶材； 步骤二 利用脉冲激光沉积方法制备TbMnO3薄膜；衬底采用厚度0. 5毫米η型导电掺铌钛酸锶Nb-SrTiO3基片；靶材采用上步模压、烧结而成的TbMnO3靶材；采用MSnm KrF激光器制备，激光的能量密度为2. 2J/cm2，沉积薄膜时的衬底温度为720V，氧气压力为35 ，沉积后迅速充氧至1个大气压；沉积薄膜充氧后，衬底温度以每分钟3度的速率降至500°C，随后关闭激光器，自然降温；步骤三把TbMnO3薄膜放置于聚焦离子束和电子束组成的双束系统中，采用加速电压 25-30kV进行镓离子注入，注入时间为每单位平方毫米30秒；步骤四运用X射线衍射仪表征薄膜的微结构，分析TbMnO3薄膜的外延生长方向； 步骤五=TbMnO3薄膜上溅射厚度lOOnm、面积0. 15mmx0. 3mm钼作上电极，衬底基片为下电极，在探针台上，采用半导体参数测试仪HP4200进行加载士5V电压电流特性测量，在测量过程中随时加载可见光进行光调制，以此完成具有光电特性的TbMnO3异质结的制备。
2.根据权利要求1所述的一种具有光电特性的TbMnO3异质结的制备方法，其特征在于该TbMnO3薄膜的厚度为100-150nm。
全文摘要
一种具有光电特性的TbMnO3异质结的制备方法，它是在0.5毫米厚的n型导电掺铌钛酸锶Nb-SrTiO3基片上外延生长100-150nm厚的TbMnO3薄膜，在二者界面处形成TbMnO3/Nb-SrTiO3异质结；该方法有五大步骤一、用固相反应法高温烧结出TbMnO3靶材二、利用脉冲激光沉积方法制备薄膜；三、把TbMnO3薄膜放置于双束系统中，进行镓离子注入；四、运用X射线衍射仪表征薄膜的微结构，分析薄膜的外延生长方向；五、薄膜上溅射铂作上电极，基片为下电极，采用测试仪进行电压电流特性测量和光调制。本发明构思科学，工艺先进，在电子技术工程技术领域里具有实用价值和广阔地应用前景。
文档编号H01L31/18GK102201494SQ20111009570
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者崔益民, 王荣明 申请人:北京航空航天大学