一种镧锰氧/铱酸锶异质结薄膜制备方法

1.本发明公开了一种镧锰氧/铱酸锶异质结薄膜制备方法，属于电子材料技术领域。


背景技术：

2.电子产业的蓬勃发展使得人们对电子器件性能的要求越来越高，随着传统半导体器件的功能提升越来越困难，寻找一个新的材料体系变得迫在眉睫。过渡金属氧化物由于其存在多个维度的相互作用，能够产生丰富的体效应和界面效应，被认为存在广阔的应用场景。
3.铱酸锶有着高度可调的电子和磁性基态，它虽然是一种顺磁半金属，但是既处在磁状态过渡的边界，也接近于金属-绝缘体转变，使得铱酸锶的基态很容易被掺杂等手段改变，这更有利于对铱酸锶进行调控。铱酸锶具有高度可调的电子和磁性基态、大的自旋轨道耦合等特性，被认为是一种研究界面工程的理想材料。镧锰氧是一种极性材料，存在由极性不连续导致的界面电荷转移特性，这种特性使得镧锰氧/铱酸锶界面处会存在一个比预期更强的界面耦合，这意味着更明显的界面效应从而具有很高的研究价值。
4.外延高质量的薄膜是研究相关物理机制的基础。铱酸锶薄膜对外延应变非常敏感，这通常是因为氧八面体旋转等导致的结构畸变，会导致铱酸锶的物理性质发生极大的改变，这使得生长优质的铱酸锶及其异质结成为了一大挑战。以往对镧锰氧/铱酸锶界面的调控往往是通过生长镧锰氧/铱酸锶超晶格，调整超晶格的周期来改变界面个数的方式来实现的，这些方法不仅繁琐而且不可控，也无法对单一镧锰氧/铱酸锶界面进行调控。因此，开发一种能简单方便制备镧锰氧/铱酸锶异质结薄膜并对其界面效应进行有效调控的方法，对镧锰氧/铱酸锶异质结器件的开发和应用具有重要意义。


技术实现要素：

5.发明要解决的技术问题
6.为解决现有技术中镧锰氧/铱酸锶异质结制备困难以及对镧锰氧/铱酸锶界面磁性调控繁琐不可控的问题，本发明提供一种镧锰氧/铱酸锶薄膜制备方法。
7.技术方案
8.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
9.一种镧锰氧/铱酸锶异质结薄膜制备方法，包括以下步骤：
10.步骤1，对钛酸锶基片进行预处理，将镧锰氧和铱酸锶靶材放入真空腔室中备用；
11.步骤2，将处理好的钛酸锶基片放入真空腔室内，通入保护混合气体，同时对基片进行加热至一定温度；
12.步骤3，使用脉冲激光照射铱酸锶靶材上产生等离子体羽辉，在钛酸锶基片上进行铱酸锶薄膜的沉积，沉积过程中通过反射式高能电子衍射仪监控沉积的厚度；
13.步骤4，保持真空腔室内环境不变，对步骤3基片进行原位退火；
14.步骤5，使用脉冲激光照射镧锰氧靶材，使用如步骤3、4同样方式沉积镧锰氧薄膜
以及原位退火，待薄膜自然冷却至室温后，停止通入保护气体，从真空腔室内取出基片完成制备。
15.进一步地，步骤1中对钛酸锶基片预处理方法为：首先在室温下将钛酸锶基片分别在丙酮、无水乙醇中超声清洗，然后在高温下将钛酸锶基片分别在去离子水、王水中超声清洗，最后将处理后的基片在氧气氛围中退火。
16.进一步地，步骤2中的保护混合气体为氧气和臭氧的混合气体。
17.进一步地，步骤3、5中激光源为krf准分子激光器。
18.有益效果
19.采用本发明的技术方案，能够产生以下有益效果：
20.本发明方法通过改变镧锰氧/铱酸锶异质结中镧锰氧层的沉积厚度可以显著的改变异质结界面的磁性，为过渡金属氧化物异质界面性质的调控提供了一种很好的思路；
21.本发明能够快捷有效制备镧锰氧/铱酸锶异质结薄膜并方便的实现对镧锰氧/铱酸锶异质界面的调控，制备方法原理简单易于推广，方法经济有效，生产成本低，制得的异质结样品稳定性高，应用前景广阔。
附图说明
22.图1为本发明制备方法的流程图；
23.图2为本发明所制备的镧锰氧/铱酸锶异质结结构的示意图；
24.图3为本发明所制备的镧锰氧/铱酸锶异质结的x射线衍射图；
25.图4为本发明所制备的镧锰氧/铱酸锶异质结霍尔电阻随温度变化的曲线；
26.图5为本发明所制备的镧锰氧厚度不同的镧锰氧/铱酸锶异质结霍尔电阻随温度变化的曲线。
具体实施方式
27.为进一步了解本发明的内容，结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述。
28.图1为本发明方法的流程图，制备的过程为：对钛酸锶基片进行预处理，本实施例所采用的方法为：首先在室温下将钛酸锶基片分别在丙酮、无水乙醇中超声清洗5min，然后在70℃的条件下将钛酸锶基片分别在去离子水、王水中超声清洗20min，最后将处理后的基片在氧气氛围中以1000℃的条件退火2h。分别准备好镧锰氧和铱酸锶靶材，将靶材放入真空腔室中备用。
29.之后将处理好的基片放入真空腔室内，将腔室内部气压设定为≤4.6
×
10-8
mbar；对腔内基片进行加热至700℃，通入气压为10pa的氧气和臭氧的混合气体，混合气体的组分为：氧气90
±
2％，臭氧10
±
2％。
30.使用激光能量为2.5j/cm2的脉冲激光以1hz的频率照射铱酸锶的靶材，产生等离子羽辉沉积在钛酸锶基片之上，样品沉积的厚度通过反射式高能电子衍射仪进行监控，沉积结束后保持环境不变，对样品进行原位退火，退火时间为30min。
31.使用脉冲激光照射镧锰氧的靶材，采用与如沉积铱酸锶相同的条件沉积镧锰氧薄膜以及原位退火。将样品自然降温至室温后停止通入保护气体，取出基片，完成镧锰氧/铱酸锶异质结薄膜的制备。
32.图2所示为所制备的镧锰氧/铱酸锶异质结结构的示意图，铱酸锶(sio)沉积在经处理的钛酸锶(sto)衬底的上面，镧锰氧(lmo)沉积在铱酸锶薄膜的上方。
33.图3所示为所制备的镧锰氧/铱酸锶异质结的x射线衍射图，铱酸锶、钛酸锶、镧锰氧(002)反射峰被标记出来，从图中可以清楚的看到铱酸锶和镧锰氧的结晶峰，没有其它杂质峰，这表明了样品的高质量结晶。
34.图4所示为所制备的镧锰氧/铱酸锶异质结霍尔电阻随温度变化的曲线。由于镧锰氧为绝缘体，所以测得的霍尔电阻随温度变化的曲线体现的就是铱酸锶的体效应和镧锰氧/铱酸锶异质结界面的效应，结果显示出了一个明显的反常霍尔效应的贡献，这往往是铁磁性的体现。而铱酸锶是一种顺磁金属，这说明铁磁性来源于界面，表明镧锰氧/铱酸锶异质结的界面出现了明显的铁磁性。
35.图5所示为所制备的镧锰氧厚度不同的镧锰氧/铱酸锶异质结霍尔电阻随温度变化的曲线。随着上层镧锰氧厚度的增加，霍尔电阻中反常霍尔效应的贡献发生了明显的改变。由于镧锰氧对霍尔电阻的曲线没有贡献，铱酸锶的厚度也没有发生变化，这就说明异质结界面效应发生了明显的改变，表明上层镧锰氧厚度的变化能有效的调节镧锰氧/铱酸锶异质结的界面效应。
36.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。