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采用激光分子束外延技术,原子尺度控制地外延生长了La1-xSrxMnO3、BaTiO3-δ、BaNb0.3Ti0.7O3-δ、SrTiO3-δ以及LaAlO3-δ等薄膜,制备了La1-xSrxMnO3/Si、BaTiO3-δ/SrTiO3、BaNb0.3Ti0.7O3-δ/SrTiO3等异质结以及La1-xSrxMnO3/SrTiO3/Si、SrTiO3-δ/Si、LaAlO3-δ/Si等场效应结构。重点研究了掺杂和氧空位对薄膜和异质结物性的影响,制备出基于钙钛矿氧化物和Si的场效应晶体管。主要取得了以下进展和结果:
1、制备了三种不同Sr掺杂浓度的La1-xSrxMnO3/Si异质结,观测到了其低场高灵敏度的正磁电阻效应。实验结果表明,正磁电阻的大小与Sr的掺杂浓度相关,随着Sr掺杂浓度的降低,异质结的正磁电阻增大。采用界面区域能态分布的不同及其在自旋输运中的作用,较好的解释了其反常的正磁电阻特性。
2、研究了氧空位对缺氧BaTiO3-δ和BaNb0.3Ti0.7O3-δ薄膜性能的影响。在5 K到300 K的温度范围内,首次从实验上观测到缺氧BaTiO3-δ和BaNb0.3Ti0.7O3-δ薄膜的磁滞回线。通过样品在氧气氛中退火后,磁滞回线消失,呈现抗磁性的特点,认为氧空位附近Ti3d(t2g)态的自旋极化对BaTiO3-δ和BaNb0.3Ti0.7O3-δ薄膜的铁磁特性起决定性的作用。
3、首次利用缺氧的SrTiO3-δ和LaAlO3-δ薄膜做场效应管的源极和漏极,p型Si为半导体沟道层,SiO2为栅极绝缘层,制备出Si基钙钛矿氧化物场效应管,在室温下观察到很好的场效应晶体管特性曲线。研究结果表明,把钙钛矿氧化物的功能特性和Si电子学连接起来是可能的。
4、在Si基底上外延生长SrTiO3和La0.9Sr0.1MnO3薄膜,制备出La0.9Sr0.1MnO3/SrTiO3/Si结构。并以La0.9Sr0.1MnO3薄膜做源极和漏极,SrTiO3薄膜做沟道层,研究了其场效应特性。在80K条件下,观测到1.4×107％的电阻调制,开关比达到4000。为进一步研制氧化物场效应管打下了良好的基础。