[發明專利]半導體異質結構、其制備方法及半導體裝置

無效

• 申請號: 200910079249.5
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101826549A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 胡鳳霞;王晶;孫繼榮;沈保根
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/20;C04B35/622
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 劉丹妮;郭廣迅

技術領域

本發明涉及一種由單晶硅和鈣鈦礦錳氧化物構成的半導體異質結構、其 制備方法及半導體裝置。

背景技術

鈣鈦礦錳氧化物由于其龐磁電阻(colossal?electroresistance-CMR)效應 成為近年來國際上研究的熱點。越來越多的事實表明鈣鈦礦錳氧化物的潛 在優勢在于用其制備磁電子學器件。鈣鈦礦氧化物除了具有超常磁電阻效 應，還表現出巨電場電阻、鐵電、介電、超導等豐富的物理特性，因此可 期望用來獲得具有多種新穎功能的實用器件。事實上，在發現CMR效應后 不久，人們就嘗試用鈣鈦礦錳氧化物來制備磁隧道結，早在1996年，Lu 等人就在由鈣鈦礦錳氧化物構成的隧道結中觀察到83％的磁電阻效應。后 來的報道顯示，La_0.67Sr_0.33MnO₃/SrTiO₃/La_0.67Sr_0.33MnO₃三明治結構中低溫下 50Oe磁場的隧道磁電阻可達到～1800％。人們進一步的研究發現，在具 有三明治結構的隧道結中，利用電子型導電的半導體替代其中的一個鐵磁 層，可獲得具有整流特性的p-i-n節。Sugiura等人報道了p-La_0.85Sr_0.15MnO₃/i-SrTiO₃/n-La_0.05Sr_0.95TiO₃三層結構p-i-n節的良好整流特性。在此基礎 上，Tanaka等人優化半導體異質結構的制備，去掉中間的絕緣插層，發現 由p-La_0.9Ba_0.1MnO₃和n-Nb-SrTiO₃直接生成的半導體異質結構依然表現 出良好的整流特性。從此以后，由鈣鈦礦氧化物生成的p-n節的制備、性 能和機理的研究引起越來越多人的興趣。

眾所周知，單晶硅是半導體工業中普遍應用的基礎材料。在硅表面生 長鈣鈦礦錳氧化物獲得功能器件對促進半導體工業的發展具有重要意義。 到目前為止，由單晶硅和鈣鈦礦錳氧化物構成的半導體異質結構的功能研 究報道不多。其中一個主要原因是由于硅是金剛石結構而非鈣鈦礦結構并 且表面易于氧化，在其表面不容易外延生長具有鈣鈦礦結構的氧化物薄膜。 人們致力于在硅表面上外延生長出具有鈣鈦礦結構的氧化物已有很長一段 時間。出于其它研究目的的需要，人們首先嘗試在硅表面上外延生長具有 鈣鈦礦結構的介電材料SrTiO₃(STO)，早期實驗中，利用各種各樣的技術 在硅表面生長出來的STO均不具有外延的單晶結構而是隨機取向的多晶。 后來，人們利用激光分子束外延技術在硅表面引進SrSi₂等單一或者復合 緩沖層外延生長出了具有不同取向的外延薄膜。錳氧化物R_1-xA_xMnO₃具有 和SrTiO₃類似的鈣鈦礦結構和相接近的晶胞參數。研究表明，通過引入 SrTiO₃緩沖層在硅表面生長出了鈣鈦礦錳氧化物。然而界面勢壘層SrTiO₃的出現不但使制備工藝復雜，而且影響半導體異質結構的功能特性。本發 明給出一種在不引入其它插層的情況下由鈣鈦礦錳氧化物、單晶硅生成的 半導體異質結構及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種不引入其它插層的至少具有單晶硅半導 體基片和形成于該單晶硅半導體基片上的鈣鈦礦錳氧化物的半導體異質結 構。

本發明的另一個目的在于，提供所述半導體異質結構的制備方法。

本發明的再一個目的在于，提供包含所述半導體異質結構的半導體裝 置。

本發明的目的是通過如下的技術方案實現的：

一方面，本發明提供一種半導體異質結構，所述的半導體異質結構至少 具有單晶硅半導體基片和形成于該單晶硅半導體基片上的鈣鈦礦錳氧化物， 其特征在于，在所述單晶硅半導體基片和形成于該單晶硅半導體基片上的鈣 鈦礦錳氧化物之間不含有其它插入層。

優選地，所述鈣鈦礦錳氧化物的化學通式為：R_1-xA_xMnO_3±δ，其導電性質 為：n型或者p型；