專利名稱：一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于載流子濃度調(diào)控超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)整流器件制備方法，具體是指在外場(chǎng)作用下，控制La1.8Sr0.2Cu04/LaL 9Sr0. AuO4雙層膜結(jié)構(gòu)中載流子濃度遷移，進(jìn)而改變了雙層薄膜超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，實(shí)現(xiàn)整流特性的超導(dǎo)器件的制備工藝。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)材料由于其具有電阻為零的優(yōu)點(diǎn)，在能源緊張的今天受到越來(lái)越多人的關(guān)注，微型化器件的出現(xiàn)促使了薄膜材料的研究，能夠?qū)⒊瑢?dǎo)薄膜應(yīng)用到更多的微電子器件這一目標(biāo)吸引了越來(lái)越多的科研工作者對(duì)超導(dǎo)薄膜的研究。在對(duì)超導(dǎo)材料塊體的研究過(guò)程中，人們也逐漸的認(rèn)識(shí)到薄膜材料在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，尤其是將超導(dǎo)薄膜材料應(yīng)用于電子器件。高溫超導(dǎo)薄膜可以在很多器件中得到應(yīng)用，如紅外探測(cè)器，場(chǎng)效應(yīng)器件，微波器件
坐寸οLa2^xSrxCuO4(LSCO)系列超導(dǎo)體，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨載流子濃度的變化可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)控，這一特點(diǎn)對(duì)超導(dǎo)體物理機(jī)制的研究及在器件中的應(yīng)用都是非常重要的。以下發(fā)明是基于電場(chǎng)對(duì)載流子濃度調(diào)控，進(jìn)而改變超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的機(jī)制，設(shè)計(jì)了一種新的器件模型。利用脈沖激光沉積技術(shù)，制備了具有La1.8Sr0.2Cu04/LaL 9Sr0. AuO4雙層薄膜器件。并對(duì)器件進(jìn)行了測(cè)試，通過(guò)施加正反向電場(chǎng)，雙層膜結(jié)構(gòu)的整體超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度發(fā)生變化，同時(shí)表現(xiàn)出整流行為。該器件具有安全、環(huán)保、體積小、結(jié)構(gòu)牢固等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種全物理的可重復(fù)性強(qiáng)的超導(dǎo)器件的制備工藝。在本發(fā)明中，器件模型LauSra2CuCVLah9Sra1CuO4雙層薄膜結(jié)構(gòu)是利用脈沖激光沉積技術(shù)制備的。 器件的特性是在低溫下實(shí)現(xiàn)整流功能。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟(I)首先采用單面拋光的SrTiO3(OOl)為襯底，并超聲清洗干凈，自然晾干；(2)利用脈沖激光沉積技術(shù)，在PLD球型脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)中，沉積氣氛為O2，依次將具有兩種成分分別沉積到SrTiO3的拋光面上制備雙層薄膜；靶材分別為 LauSra2CuO4和LauSraiCuO4 ;本發(fā)明中的PLD脈沖激光鍍膜是一種常規(guī)的薄膜沉積技術(shù)， 在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各種薄膜的制備，在行業(yè)內(nèi)為普通技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)，對(duì)于雙層薄膜的厚度則為滿足一般的使用即可，而沉積的時(shí)間與薄膜的厚度等有關(guān)工藝，都是行業(yè)內(nèi)的常識(shí)。(3)然后將雙層薄膜的一半保護(hù)起來(lái)，采用HNO3溶液，腐蝕上層薄膜，使產(chǎn)品表面形成兩種不同成分薄膜的臺(tái)階結(jié)構(gòu)。作為優(yōu)選，上述一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法的步驟(2)中用脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)制備薄膜時(shí)，參數(shù)激光能量為700mJ-900mJ，襯底溫度為630°C _670°C，靶基距為50mm-60mm。作為更佳選擇，步驟(2)中用脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)制備薄膜時(shí)，參數(shù)激光能量為800mJ，襯底溫度為650°C，靶基距為55mm，本發(fā)明內(nèi)的參數(shù)條件選擇是經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)果，相對(duì)于其它條件，具有更好的效果。作為優(yōu)選，上述一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法的步驟(2)中的沉積速率為 5nm/min。作為優(yōu)選，上述一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法的步驟(2)中形成 La1 9Sr0 !CuO4ZLa1 8Sr0 2Cu04超導(dǎo)雙層膜,上層與下層薄膜厚度相差100nm-130nm,下層薄膜比上層薄膜的厚度大。作為優(yōu)選，上述一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法的步驟(3)中的HNO3溶液是質(zhì)量濃度為O. 5%的HNO3溶液，腐蝕時(shí)間為40min以內(nèi)。有益效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是⑴本發(fā)明在制備過(guò)程中，采用脈沖激光沉積技術(shù)制備超導(dǎo)雙層薄膜器件，對(duì)環(huán)境無(wú)污染現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)過(guò)程穩(wěn)定。沉積速率高，工藝參數(shù)任意調(diào)節(jié)， 對(duì)靶材的種類沒(méi)有限制；(2)對(duì)器件測(cè)試，施加外加電場(chǎng)后，可以有效調(diào)控雙層膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，并表現(xiàn)出一定的整流特性。


圖I為本發(fā)明所形成的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明跨層測(cè)量的超導(dǎo)雙層膜薄膜器件I-V曲線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例I對(duì)于本實(shí)施例，(I)首先采用單面拋光的SrTiO3(OOl)為襯底，并超聲清洗干凈， 自然晾干；(2)利用脈沖激光沉積技術(shù)，在PLD球型脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)中，沉積氣氛為O2，依次將具有兩種成分分別沉積到SrTiO3的拋光面上制備雙層薄膜；靶材分別為 LauSra2CuOjPLah9Sra1CuO4 ； (3)然后將雙層薄膜的一半保護(hù)起來(lái)，采用質(zhì)量濃度為O. 4% 的HNO3溶液，腐蝕上層薄膜，使產(chǎn)品表面形成兩種不同成分薄膜的臺(tái)階結(jié)構(gòu)；其中，上述脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)制備薄膜時(shí)，參數(shù)激光能量為700，襯底溫度為640°C，靶基距為50 ;形成La1.9Sra JCuO4ZLa1 8Sra2Cu04超導(dǎo)雙層I旲，上層與下層薄I旲厚度相差100，上層薄I旲比下層薄膜的厚度大，形成結(jié)構(gòu)如圖I所示。最后用低溫電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試結(jié)果表明該器件在低溫下具有很好的整流特性，如圖2所示。實(shí)施例2根據(jù)實(shí)施例I相同的方法，將襯底SrTO3(OOl)超聲清洗干凈，自然晾干。根據(jù)最優(yōu)沉積條件，利用脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)，激光能量約為800mJ，沉積速率約為5nm/min，制備 La1.9SrQ. ACVLauSra2CuO4超導(dǎo)雙層膜，上下層薄膜厚度相差130nm。然后將雙層膜樣品的一半保護(hù)起來(lái)，放入質(zhì)量濃度為O. 5%的HNO3溶液中進(jìn)行腐蝕40min，在產(chǎn)品表面形成兩種不同成分的薄膜臺(tái)階。最后用低溫電學(xué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試結(jié)果與實(shí)例I類似，該器件在低溫下也具有很好的整流特性。
權(quán)利要求
1.一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)首先采用單面拋光的單晶SrTiO3(OOl)為襯底，并超聲清洗干凈，自然晾干；(2)利用脈沖激光沉積技術(shù)，在PLD球型脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)中，沉積氣氛為02，依次將具有兩種成分的超導(dǎo)薄膜分別沉積到SrTiO3的拋光面上制備成雙層薄膜結(jié)構(gòu)；靶材分別為=Lah8Sra2CuO4 和 Lah9SraiCuO4 ；(3)然后將雙層薄膜的一半保護(hù)起來(lái)，采用HNO3溶液，腐蝕上層薄膜，使產(chǎn)品表面形成兩種不同成分薄膜的臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中用脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)制備薄膜時(shí)，參數(shù)激光能量為700mJ-900mJ，襯底溫度為 6300C _670°C，靶基距為 50mm-60mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中用脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)制備薄膜時(shí)，參數(shù)激光能量為800mJ，襯底溫度為650°C， 革巴基距為55mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的沉積速率為5nm/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟⑵中形成Lah9SraiCu(VLah8Sra2CuC)4超導(dǎo)雙層膜，上層與下層薄膜厚度相差 100nm-130nm,上層薄膜比下層薄膜的厚度大。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙層膜超導(dǎo)整流器件的制備方法，其特征在于，所述步驟⑶中的HNO3溶液是質(zhì)量濃度為O. 5%的HNO3溶液，腐蝕時(shí)間為40min以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于載流子濃度調(diào)控超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度機(jī)理的超導(dǎo)薄膜整流器件，具體是指一種以La1.8Sr0.2CuO4/La1.9Sr0.1CuO4雙層膜為模型的超導(dǎo)器件的制備和測(cè)試。本發(fā)明是先用脈沖激光沉積鍍膜系統(tǒng)制備雙層薄膜，然后采用稀釋的濃HNO3溶液腐蝕上層薄膜制備器件，在低溫下測(cè)量器件的物理特性，測(cè)試結(jié)果表明該器件具有很好的整流特性。本發(fā)明的優(yōu)越性基于載流子濃度調(diào)控超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的機(jī)理，通過(guò)施加電場(chǎng)，可以有效調(diào)控雙層膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，并表現(xiàn)出很好的整流特性，這種器件是基于超導(dǎo)體系中的新的物理機(jī)制構(gòu)建的器件，并在超導(dǎo)狀態(tài)下工作，在電子信息領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C23C14/28GK102586740SQ20121004618
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者劉仁娟, 唐為華, 崔燦, 張媛, 李培剛, 沈靜琴 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)