LCMO巨磁阻材料定向誘導生長和結構特性分析——以及LCMO場效應晶體管的制備.pdf

1、自1950年，Jonker Van和Santen等最先報道。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。巨大的磁電阻效應使錳氧化物在磁記錄，磁探測及傳感器方面均具有巨大的潛在應用價值，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爭導致了復雜的電磁特性、結構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)物理學的基本問題。 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFETs)是微處理器、半導體存儲器等超大規(guī)模集成電路中的核心器件和主流器件，MOSFETs的性能優(yōu)化極大地推動了微電子器件的發(fā)展。目前，人們對微電子器件功能的要求已遠遠超出只用它們來實現(xiàn)邏輯運算和承擔基本的電子元件任務，而是希望能夠找到新的功能材料并結合傳統(tǒng)的半導體工藝制備出新型的場效應晶體管，以便同時滿足復雜場合的各種需求。因此，至今為止，人們已

3、經開發(fā)出了各種溝道材料和各種結構的場效應晶體管。成品巨磁阻場效應晶體管(CMR MOSFETs)目前尚未見市場化。隨著人們對巨磁阻材料的研究深入，我們認為將巨磁阻做為MOSFETs中的溝道材料，制備出可以同時被電場和磁場調制的器件是完全可行的。因此本研究的第一任務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)做為導電柵材料設計了合理的CMR場效應晶體管的結構及其參

4、數。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場效應晶體管設計成為背柵結構，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，光刻膠腐蝕劑對．PZT和LSCO的腐蝕。 由于巨磁阻薄膜自身的微結構和巨磁阻場效應晶體管的結構對是否能成功制備CMR．場效應晶體管以及保證晶體管具有良好的性能是至關重要的。所以本研究的第二大任務就是對LCMO巨磁阻薄膜的定向生長、結構特性分析以

5、及結構與特性間的關系進行了較為詳細的研究。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薄膜的微結構，我們用La、Ca、Mn的鹽溶液作為原料，采用工藝簡便、涂膜方便、容易控制化學組份、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、導電柵材料采用的是Laser Ablation的方法。利用原子力顯微鏡、光學顯微鏡以及XRD對系列樣品進行了結構特性分析，找到了好的材料的制備方法和工藝條件。 本研究的第三項任務是：結合半導體集成電路工藝原理和巨磁阻薄膜結構特性分析的結果設計了