全氧化物PN结和多铁隧道结的制备与性能研究

发布时间：2018-04-15 10:26

  本文选题：脉冲激光沉积 + PN结　； 参考：《南京大学》2015年硕士论文

【摘要】：随着硅基半导体微电子器件的飞速发展,其特征尺寸越来越小,集成度越来越高,已经越来越逼近其物理极限,摩尔定律的维持越来越困难,开发新型的微电子器件迫在眉睫。钙钛矿氧化物材料由于具有丰富的物理性质和便于掺杂改性的独特晶体结构而引起了人们的注意,有望在新一代的微电子器件中得到广泛的应用。不同钙钛矿材料相互结合形成的种类丰富的钙钛矿异质界面,是各种钙钛矿器件具有优异性能的基础。本文研究了两种钙钛矿异质结构：全钙钛矿氧化物PN结和多铁隧道结。本文主要工作内容：使用脉冲激光沉积法制备Fe:SrTiO3/Nb:SrTiO3 PN结并测试其Ⅳ特性,研究其Ⅳ特性随着温度的变化,在相关计算的基础上给出了理论解释；脉冲激光沉积法制备La0.7Sr0.3Mn0.8Ru0.2O3/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3多铁隧道结,并通过紫外光刻、离子束干法刻蚀等传统微加工方法加工出可测试样品点,研究其遂穿电致电阻(TER)以及遂穿磁致电阻(TMR)性能,并研究了使用SrTiO3/BaTiO3复合夹层势垒取代单一BaTiO3铁电势垒的多铁隧道结性能。主要结论如下：(1)在室温下,我们制备的Fe:SrTiO3/Nb:SrTiO3 PN结有很好的整流特性,随着温度的降低,PN结器件逐渐丧失了整流的能力。原因在于SrTiO3材料的介电常数随着温度以及所加电场的改变而改变,温度降低,其介电常数增大,使得PN结中耗尽层的厚度减小。在低温下,施加正向偏压时,扩散电流和复合电流被抑制,而由于耗尽层厚度的减小,电子更容易从Nb:SrTiO3中遂穿至Fe:SrTiO3能带中的缺陷能级中,从而导致其理想因子η随着温度的降低而增大。在负向偏压下,变薄的耗尽区使得Fe:SrTiO3价带中的电子直接遂穿到Nb:SrTiO3的导带中,与反向二极管中的结果类似。(2)优化脉冲激光沉积法制备磁性氧化物薄膜La0.7Sr0.3Mn0.8Ru0.2O3, La0.7Sr0.3MnO3的工艺条件。通过测试磁滞回线确定制备的La0.7Sr0.3Mn0.8Ru0.2O3, La0.7Sr0.3MnO3薄膜在10K时的矫顽场分别是600 Oe、60 Oe。,通过压电力显微镜对基于SrTiO3(001)单晶衬底外延的10层晶胞厚度的BaTiO3进行测试,结果表明,我们制备的BaTiO3具有很好的铁电性,并且通过导电探针翻转的畴结构可以保持至少10个小时。(3)加工并测试La0.7Sr0.3Mn0.8Ru0.2O3/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3样品的四阻态性能,结果表明,隧穿电致电阻约为0.7%,隧穿磁电阻约为4.9%。,通过使用SrTiO3/BaTiO3复合势垒提升器件性能,获得区分明显且状态稳定的四种阻态,隧穿电致电阻增大为103%(←←,→→),128%(→←,←→),隧穿磁电阻增大为15%1↑30%↓,电致磁阻约100%,说明自旋电子的遂穿对于铁电势垒极化的方向非常敏感。
[Abstract]:With the rapid development of silicon based semiconductor microelectronic devices, their characteristic size is becoming smaller and smaller, the integration level is getting higher and higher, which has been more and more close to its physical limit. The maintenance of Moore's law is becoming more and more difficult, so it is urgent to develop new microelectronic devices.Perovskite oxide materials have attracted much attention due to their rich physical properties and unique crystal structure which is easy to be doped and modified. It is expected to be widely used in the new generation of microelectronic devices.Various kinds of perovskite heterogeneous interfaces formed by the combination of different perovskite materials are the basis for the excellent performance of various perovskite devices.In this paper, two kinds of perovskite heterostructures, total perovskite oxide PN junction and multi iron tunnel junction, are studied.The main work of this paper is as follows: the Fe:SrTiO3/Nb:SrTiO3 PN junction is prepared by pulsed laser deposition and its 鈪，

本文编号：1753731