[發明專利]一種異質結、鐵電隧道結及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310258989.1
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103346255A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 楊鋒;胡廣達;武衛兵;楊長紅;吳海濤
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

1.一種異質結，其特征是：包括襯底和在襯底上外延生長的一層鐵電薄膜，所述襯底為n型或p型摻雜硅半導體，所述鐵電薄膜為SrTiO₃薄膜。

2.根據權利要求1所述的異質結，其特征是：所述襯底和鐵電薄膜直接接觸，中間沒有二氧化硅過渡層。

3.根據權利要求1所述的異質結，其特征是：鐵電SrTiO₃薄膜的厚度為20???–?30??；所述襯底為取向（001）的單晶n型或p型摻雜硅半導體。

4.一種權利要求1-3中任一項所述的異質結的制備方法，其特征是包括以下步驟：

（1）襯底表面處理：將襯底加入到分子束外延設備中，抽真空至3.0×10^-7?Pa以下，然后將襯底加熱到550?oC-700oC，采用分子束外延法在襯底表面沉積6??-10??厚的鍶，沉積過程中控制鍶流的通量為10¹⁶?atoms/m²·s?-10¹⁸?atoms/m²·s，沉積完后將襯底加熱到750oC?–?850℃，襯底表面的二氧化硅即在鍶的催化下解析脫落；

（2）表面處理完成后，將分子束外延設備抽真空至3.0×10^-7?Pa以下，然后將襯底溫度控制為300^oC?~?350?^oC，?采用分子束外延法在襯底表面沉積鈦酸鍶，沉積過程中控制鍶流和鈦流的通量均為10¹⁶?atoms/m²·s?-10¹⁸?atoms/m²·s、氧氣的通量為2×10¹⁶分子/S、分子束外延設備壓力穩定在1.0×10^-5Pa?-3.0×10^-5Pa；

（3）鈦酸鍶厚度沉積至8???-12??時，停止沉積，將分子束外延設備抽真空至3.0×10^-7?Pa以下，然后升溫至550^oC-600?^oC原位退火10min-15min，退火后冷卻至300^oC?~?350?^oC；

（4）重復步驟（2）和（3）的過程，直至鈦酸鍶達到所需厚度，即得異質結。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征是：襯底加入分子束外延設備前，先加入紫外臭氧清洗機中清洗半小時。

6.一種鐵電隧道結，其特征是：包括權利要求1-3中任一項所述的異質結，所述異質結的鐵電薄膜表面覆有上電極，異質結的鐵電薄膜作為鐵電隧道結的勢壘層，異質結的襯底作為鐵電隧道結的下電極。

7.根據權利要求6所述的鐵電隧道結，其特征是：所述異質結襯底的背面附有與襯底歐姆接觸的背電極。

8.根據權利要求7所述的鐵電隧道結，其特征是：所述背電極材質為鋁；所述上電極材質為鉑或金，上電極厚度為100?nm-150?nm。

9.一種權利要求7或8所述的鐵電隧道結的制備方法，其特征是包括以下步驟：

（1）按照權利要求5或6的方法制備異質結；

（2）在異質結鐵電薄膜上蓋上掩膜板，然后鍍上上電極；

（3）在異質結襯底的背面印刷上一層背電極，襯底周邊不印刷，然后在800^oC-900^oC燒結50s-60s，得鐵電隧道結。

10.權利要求6-8中任一項所述的鐵電隧道結在制備憶阻器或阻性開關器件中的應用。