[發明專利]一種異質結及其制備方法

有效

• 申請號: 201610058918.0
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105679931B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 李強;李山東;徐潔;趙國霞;高小洋
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明涉及半導體材料與器件技術領域，特別是涉及一種異質結及其制備方法。

背景技術

異質結是指由不同材料構成的多層膜結構，基于異質結中的多種物理學現象，使其在光電信息等領域具有廣泛的應用。其中，利用異質結的電致電阻效應和磁電阻效應等物理學現象使得異質結在信息存儲領域得到了廣泛的應用。

電致電阻效應是指材料的電阻可以通過外電場來調控，實現其在高阻態和低阻態之間反復轉變的現象，基于電致電阻效應的阻變存儲器(RRAM，Resistive Random Access Memory)由于其制備簡單、操作電壓低以及存儲密度高等優點而在新型存儲領域具有很大的發展空間；磁電阻效應是指材料的電阻可以通過外磁場來調控，實現電阻隨磁場的變化而發生變化的現象，基于磁電阻效應的磁傳感器、磁頭以及磁電阻型的隨機存儲器等，由于其讀寫速度快、耗能少以及壽命長等優點而在磁存儲等領域得到了廣泛的發展。

然而，隨著集成化程度的進一步提高和器件尺度的進一步減小，半導體器件已經越來越接近其物理極限，基于電致電阻效應的阻變存儲器和基于磁電阻效應的磁傳感器等的進一步發展也越來越難。

發明內容

本發明實施例中提供了一種異質結及其制備方法，以解決現有技術中異質結只能實現電致電阻效應或磁電阻效應的一種，在存儲領域受到限制的問題。

為了解決上述技術問題，本發明實施例公開了如下技術方案：

一種異質結，包括由半導體材料組成的第一電極層和由磁性氧化物材料組成的第二勢壘層，以及在所述第一電極層和所述第二勢壘層的接觸面之間夾設的2-4nm厚的第一勢壘層；所述第一勢壘層為第一電極層中半導體材料的氧化物；所述第二勢壘層的厚度為6-10nm，所述第二勢壘層上還引出有第二電極；所述第一電極層為n型摻雜Si層，所述第一勢壘層為SiO_2-v層，所述第二勢壘層為CoFe₂O_4-w層，其中，0.1<v<0.5，0.1<w<0.5。

優選的，所述第二勢壘層在所述第一電極層所在的平面內的投影位于所述第一電極層之內。

優選的，所述第二電極為In電極。

優選的，異質結還包括絕緣體，所述絕緣體包覆所述第一勢壘層和所述第二勢壘層的全部外表面以及所述第一電極層和所述第二電極的部分外表面。

優選的，所述絕緣體為HfO絕緣體，且所述絕緣體的厚度為10-16nm。

一種異質結的制備方法，包括：

步驟S100：在由半導體材料Si組成的第一電極層上覆蓋設置有第一開口的第一金屬掩膜板；

步驟S200：利用脈沖激光沉積設備，在覆蓋有所述第一金屬掩膜板的所述第一電極層上沉積磁性氧化物CoFe₂O₄，形成6-8nm厚的第二勢壘層CoFe₂O_4-w層，0.1<w<0.5，并在所述第一電極層和所述第二勢壘層的接觸面上生成2-4nm厚的第一勢壘層SiO_2-v層，0.1<v<0.5，其中沉積氛圍為純度高于99.99％的氧氣，沉積壓強在1.4-1.8Pa的范圍內，沉積能量為300mJ，沉積時長為12-16分鐘；

步驟S300：在所述第二勢壘層上引出第二電極。

優選的，在步驟S200之后還包括：步驟S201：在所述第二勢壘層上覆蓋設置有第二開口的第二金屬掩膜板，其中所述第二開口的內部設置有覆蓋部，且所述覆蓋部在所述第一電極層上的投影在所述第一開口的投影內，所述第一開口在所述第一電極層上的投影在所述第二開口的投影內；

步驟S202：利用脈沖激光設備，在真空度高于6×10^-5Pa的真空氛圍中，控制沉積能量為200mJ的條件下，在覆蓋有所述第二金屬掩膜板的所述第二勢壘層上沉積絕緣體HfO，沉積20-32分鐘，形成10-16nm厚的HfO絕緣體。