LCMO巨磁阻材料定向誘導(dǎo)生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)特性分析——以及LCMO場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備.pdf

1、自1950年，Jonker Van和Santen等最先報(bào)道。LalV[n03中La被Ca、Sr、Ba部分替代后出現(xiàn)鐵磁性，1989年Wolla和Koehler等人在該體系薄膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)。巨大的磁電阻效應(yīng)使錳氧化物在磁記錄，磁探測(cè)及傳感器方面均具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，激發(fā)了人們的研究熱情。通過研究人們發(fā)現(xiàn)，在鈣鈦礦型錳氧化物中的各種作用以及這些作用之間的相互競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了復(fù)雜的電磁特性、結(jié)構(gòu)相圖以及各種有趣的物理現(xiàn)象。所有的這些特性

2、和現(xiàn)象都涉及到凝聚態(tài)物理學(xué)的基本問題。 金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFETs)是微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等超大規(guī)模集成電路中的核心器件和主流器件，MOSFETs的性能優(yōu)化極大地推動(dòng)了微電子器件的發(fā)展。目前，人們對(duì)微電子器件功能的要求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出只用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和承擔(dān)基本的電子元件任務(wù)，而是希望能夠找到新的功能材料并結(jié)合傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝制備出新型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，以便同時(shí)滿足復(fù)雜場(chǎng)合的各種需求。因此，至今為止，人們已

3、經(jīng)開發(fā)出了各種溝道材料和各種結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。成品巨磁阻場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CMR MOSFETs)目前尚未見市場(chǎng)化。隨著人們對(duì)巨磁阻材料的研究深入，我們認(rèn)為將巨磁阻做為MOSFETs中的溝道材料，制備出可以同時(shí)被電場(chǎng)和磁場(chǎng)調(diào)制的器件是完全可行的。因此本研究的第一任務(wù)是選取了鈣鈦礦型錳氧化物巨磁電阻材料做為MOSFETs的溝道材料，鋯鈦酸鉛(PZT)做為絕緣柵材料，鑭鍶鈷氧(LSCO)做為導(dǎo)電柵材料設(shè)計(jì)了合理的CMR場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)及其參

4、數(shù)。為了盡量減少工藝過程給PZT和LSCO可能造成的破壞，我們將CMR場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)計(jì)成為背柵結(jié)構(gòu)，這種做法的好處是，①光刻步驟少，只需兩步光刻即可完成。②完全避免了光刻LCMo薄膜時(shí)，光刻膠腐蝕劑對(duì)．PZT和LSCO的腐蝕。 由于巨磁阻薄膜自身的微結(jié)構(gòu)和巨磁阻場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)對(duì)是否能成功制備CMR．場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及保證晶體管具有良好的性能是至關(guān)重要的。所以本研究的第二大任務(wù)就是對(duì)LCMO巨磁阻薄膜的定向生長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)特性分析以

5、及結(jié)構(gòu)與特性間的關(guān)系進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。本文中我們采用了三種方法制備了系列La<,l-x>Ca<,x>MnO<,3>(LCMO)(x=0、0.2、0.8)巨磁阻薄膜和粉末樣品：早期傳統(tǒng)的固相粉末燒結(jié)法、激光脈沖沉積法(PLD)和較新的且常用的溶膠一凝膠法(sol-gel)。①其中為了研究Si片上取向的LCMO薄膜的微結(jié)構(gòu)，我們用La、Ca、Mn的鹽溶液作為原料，采用工藝簡(jiǎn)便、涂膜方便、容易控制化學(xué)組份、易于大面積成膜的溶膠一凝膠法合成

6、了LCMO的前體溶液。使用旋涂法將其成膜于si(100)基片之上。而后在不同的溫度下進(jìn)行晶化、退火，得到了一系列的LCMO薄膜樣品；②CMRMOSFETs中LCMO溝道材料、絕緣柵材料、導(dǎo)電柵材料采用的是Laser Ablation的方法。利用原子力顯微鏡、光學(xué)顯微鏡以及XRD對(duì)系列樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特性分析，找到了好的材料的制備方法和工藝條件。 本研究的第三項(xiàng)任務(wù)是：結(jié)合半導(dǎo)體集成電路工藝原理和巨磁阻薄膜結(jié)構(gòu)特性分析的結(jié)果設(shè)計(jì)了