TW487934B - Epitaxial compound structure - Google Patents
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Description
487934 五、發明說明(1) 發明背景 本發明是有闕於具有包括氟石結曰曰 組合結構,在氟石結晶上磊曰 、’°日日、、、°日日結構的磊晶 向之簡單鈣鈦礦結晶,以及C的具有(011)方 裝置。 s此、、Ό構之鐵電裝置及超導 先前技藝之說明 具有一層鈣鈦礦結構之社曰, 質,例如,鐵電性、超導性^已知疋具有許多的性 及其他許多的裝置,已置、:超導y 高度的依賴結晶方向,具有垂 0 ^ ^些性質疋 佳的特性。❹,在鐵電材料由:=]方向者可提供最 上之極性及高壓電場是最大、在垂直於[0〇1]的方向 晶方向垂直於[001 ]的方向時,:有及在:導,料中,當結 因此’為了實現高效能裝置,需要谷:動的電流。 具有垂直於[0 0 i ]方向的薄㈣鈦礦k。努力以蟲晶成長 然而’具有-層結構的鈣鈦礦之 垂直於[GG1]方向的⑽η平面進行二維成長。結 問題在於長在基底上的薄層以(001)的方向成長,其中 [001]方向是垂直於基底表面,使其難以達成非平行於 [001]的磊晶成長,例如,垂直於[001]或在相對於[〇〇1] 的斜面上。使用多晶薄層取代磊晶成長的單晶薄層,已被 建議為克服此問題的方法。然而,這引起新的問題,在 於··不像單晶層,在多晶層中,晶粒成長的方向不是固定
五、發明說明(2) 的’結果, 中,除了標 相。使用具 特徵上顯示 本發明 層結晶結構 也可達到較 能平行於鈣 日日結構,也 的研究,發 成長之一薄 使本發明完 本發明 一結晶材料 較高的積集 每個位置的特徵都不相同。此外,在一些例子 的結晶之外,也可能混雜其他的結晶相或非晶 2 一層鈣鈦礦結構之多晶層所製造的裝置,在 變異’並且使其難以達到較高的積集度。 進行廣泛的研究及實驗,係有關於使用具有一 t鈣鈦礦,以製造可信賴的、高效能之裝置, 向的積集度。這導致以下的發現:為了在儘可 t礦結構層之[001 ]方向的基底表面上成長結 而要集中在構成基底的結晶層上。 ,在石基底上,包括以(川)方向以
二的簡早鈣鈦礦之磊晶組合結構是有效 杲的實施。 J 的目的是提供-磊晶組合結構,其可用於作為 择以製造可信賴的、高效能之裝置,也可。 度,以及使闬此結構之裝置。 一 發明概述 本發明提供一種磊晶組合結 氟石結晶I,以及一 :2 (: “
向的簡單舞鈦礦結晶層。在既石“層上之(0U
i述的組合結構也包括在I (001)方向的氟石二广日體上遙晶成長之 晶體。 鼠石、、ΌΒ曰層。此組合結構也包括矽作為琴 本發明也提供一種磊晶組合結構 包括—(001)方向
五、發明說明(3) 的氟石結晶層,一 的簡單鈣鈇礦結曰^晶成長在氟石結晶層上之(011)方命 結晶層上之鈣鈦:二搂以及具有一磊晶成長在簡單鈣° 上述的組合-if之結晶層。 s (⑽1)方向的氟石\構曰\包括在導電晶體上為晶成長之 晶體。此組合結"33 €。此組合結構也包括矽作為導電 一鐵電材料、—知、匕括具有一層轉鈦礦結構(也就是, 明也包括含有具^ ^材料或一磁性材料)之結晶層。本發 之結晶層的鐵電梦二層鈣鈦礦結構(也就是,一鐵電材料) 就是,一超導材料)之^晶及層含的有超具導有裝 简輩i ί本^日月’藉由結合氟石結晶及簡單鈣鈦礦結晶, 間早舞鈦礦結晶可以(〇 η、的 石曰έ日人a g C ϋ 1 1 )的方向猫日日成長,可據以實施 ΐ Ό f,其可用於作為高效能的結晶材料,以製造 β =員的、高效能之裝置,也可達到較高的積集度。 本發明進一步的特徵、性質及各種優點,將從附隨的 圖不及以下的詳細說明而變得顯而易見。 圖示之簡單說明 第1圖是顯示本發明之磊晶組合結構(i)的層結構之剖 m 面圖。 第2圖是顯示本發明之磊晶組合結構(2 )及(3)的層結 構之剖面圖。 第3圖是顯示本發明之磊晶組合結構(4)的層結構之剖 面圖。
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第4圖是顯示本發明之蠢 構之别面圖。 晶組合結構(5 )到(9 ) 的層結 第5(a)圖是一剖面圖,顯示本發明之磊晶組合妗 (1)到(3)的結構中,在(011)方向的SrTi〇3簡單鈣鈦^
Ce〇2氟石的〇〇1)表面間的界面之晶格配位,係從的 [1 0 0 ]方向觀察;以及第5 (b)圖是從組合結構的[〇丨〇 ]方向 所顯示的剖面圖。 第6圖是一剖面圖’顯示本發明之磊晶組合結構(4 )到 (9)的結構中,在(on)方向的SrTi〇3簡單鈣鈦礦及 B h T I3 Ο”舞鈦礦結晶結構層間的界面之晶格配位,係從簡 單鈣鈦礦結晶的[丨〇 〇 ]方向觀察。 圖是本發明所使用之氣相成長裝置之解釋圖。 第8圖是本發明氣相成長方法所使用之較佳雷射切除 方法之解釋圖。 第9圖顯示實施例1之磊晶組合結構的X光繞射圖形。 第1 0圖顯示實施例1之磊晶組合結構層的平面方向之 磁極圖量測,得自X光繞射。 第1 1圖顯示實施例2之磊晶組合結構的X光繞射圖形。 第1 2圖顯示實施例2之磊晶組合結構層的平面方向之 磁極圖量測,得自X光繞射。 第1 3圖係圖示實施例3之鐵電裝置中,電容及偏壓之 間的關係。 參考標號之說明
2037-3625-PF-ptd 第7頁 487934 五、發明說明(5) 1 0 1 :氟石結晶層; 1 0 2 :簡單鈣鈦礦結晶; 1 0 3 :導電晶體; 1 0 4 :具有一層鈣鈦礦結構之磊晶成長層; 201 :真空裝置; 2 0 2 :加熱器; 2 0 3 :氣體導入裝置; 2 04 :基底; 2 0 5 ··氟石起始材料層供應; 2 0 6 :簡單鈣鈦礦起始材料層供應; 2 0 7 :鈣鈦礦起始材料層供應; 301 :真空裝置; 3 0 2 :加熱器; 3 0 3 :氣體導入裝置; 304 :雷射對焦裝置; 3 0 5 :基底; 3 0 6 ··製造氟石層之標的物; 3 0 7 :製造簡單鈣鈦礦層之標的物; 3 0 8 :製造鈣鈦礦結構層之標的物; 3 0 9 :標的物移動裝置; 3 1 0 :標的物材料喷塗至基底上。 較佳具體實施例之說明 本發明之磊晶組合結構(1 )包括以(0 1 1 )方向,在
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五、發明說明(6) U 0 1)方向氟石結晶上磊晶成長的一簡單鈣鈦礦結晶層。 苐1圖疋;&&晶組合結構(1 )的層結構之剖面圖。在第1圖 中’參考標號1 0 1代表具有(0 0 1 )方向的磊晶氟石結晶層, 以及標號102代表具有(011)方向的磊晶簡單鈣鈦礦結晶。
說石結晶1 0 1是具有化學式Αχ2的主要立方晶系結構之 組合(其中A是一正電元素,以及χ是一負電元素),例如 C a F2釔阳,其中a原子形成一面心立方體晶格,以及X原子 形成一簡單立方體晶格,A原子具有8個乂原子配置一立、方 體,以及X原子具有4個A原子配置一規則的四面體。任何 在先前技藝中所已知的材料,例如,CaF2、計匕、Bah、 Ce02、CexZjvx〇2 (〇<x<1)、Zr〇2 及 ΥχΖι^〇2 (〇<χ<1),都可 使用作為氟石。然而,從促進具有(〇丨丨)方向的簡單鈣鈦 礦成長的觀點來看’較佳是使用具有與鈣鈦礦優異晶格配 位’以及高度穩定的結晶結構之材料。 ^簡單鈣鈦礦結晶102是具有化學式ABX3的主要立方晶 冓之組合(其中A是一正電元素,B是一正電元素,以 及χ = 一負電元素),例如CaTi〇3結晶,在晶格中心處具琴 工、,在轉角處具有B原子,以及在棱邊中心處具有乂原 Q τ°.η任何在先前技藝中所已知的材料,例如,CaTi03、 1 3 BaTi03、BaxSivxTi〇3 (Q<x<1 )、SrRu〇3、LaC〇〇3 用m〇03 (〇<x<i)、uai〇3、ν·〇3 及 PrGa〇3,都可使 鈣鈦礦。然而,從促進具有(oii)方向的簡單鈣敍 f成長的觀點來看,較佳是使用具有與氟石優異晶袼配 ^ ,以及南度穩定的結晶結構之材料。
第9頁 487934 五、發明說明(7) 本f明之磊晶組合結構(2 )包括以(〇 〇丨)方向,在導電 晶體上磊晶成長的磊晶組合結構(丨)之氟石結晶層。本發 明之磊晶組合結構(3)包括磊晶組合結構(2),其中導電晶 體是矽。 斤第2圖是磊晶組合結構(2)及(3)的層結構之剖面圖。 在第2圖47 ’參考標5虎1 〇 3代表導電晶體,標號丄〇】代表具 有(0 0 1)方向的秘日日氟^石結晶層以及標號1 〇 2代表具有 (011)方向的磊晶簡單鈣鈦礦結晶。任何在先前技藝中所 已知的導電材料,例如,Si、GaAS及其他組 Nb-推雜的SrTi〇3以及金屬,都可使用作 ::構:】實中際使Λ的觀點來看,較佳是將石夕使用… :氟石結晶…:心:^:且合結構⑴中所使用 組合結構⑴所說明的巧:曰曰1石〇2曰,,人使用相同於蟲晶 晶及氟石結晶層,可以'曰吉材垃枓;,晶組合結構⑻的石夕結 可提供-層材料(例如氧接仆接々觸的形式,或是在界面處 性質。 一虱化矽),以抑制擴散並增進電 本發明之蠢晶纟且纟士槐,4、 晶上,遙晶成長之(()ισησ (4)2在(GG1)方向的氟石結 晶成長一戶1# 11的間早鈣鈦礦結晶,其上磊 -Μ)的”摄之結晶層。第3圖是遙晶組合 (。⑴方向的蟲晶簡單標號102代表具有 有,鈦礦結晶結構之蟲晶Υ長9層’
(.....號 89125SM 五、發明 …----------------r 用於磊晶組合結構(4)之具有鈣鈦礦結構層的結晶 1 04,是一層具有高度非等向性的結晶結構,包括一疊一 層或多層的鈣鈦礦結構之基本晶格,或以一團一層或多層 的以化學式AX為代表(A是一正電元素,以及χ是一負電元 素)之假鈣鈦礦結構。在結晶學的方面,週期結構的長方 向標記為[0 0 1 ]。 η 曰 修正 任何在先w技藝中的鈣鈦礦結構都可使用作為結晶 104,包括,Bi4Ti3〇12、SrBi4Ti4〇15、SrBi2Ta2 09、 SrBi2Nb2 09 ^SrBi2Ta,xNbx〇9 (〇<x<1),LVxSrxCu04 (〇<x<l) >Yba2Cu07.x (〇<x<l) > Bi2Sr2CanCun+102n+6 (n=0 ^ 及2)、TlBi2CanCUnH〇2n+5 (n二1、2、3 及4)、 Tl2Bi2CanCun+102n+6 (n = 0、丨、2及3)、HgBi2CanCUn+i〇_(n-0、1、2及3)、Cu 卜 xBaJaHCUnOhw (n = 4 及5 ;〇<x<1)
Bi2Sr2Co06、Srn+1Vn〇3nH (n = 1、2及3)、Bi2(Sr,Ca)2Mn〇6 及 La2-2xCa1+2xMn2 07 (〇<x<i)。然而,從促進具有(〇n)方向的 簡單鈣鈦礦成長的觀點來看,較佳是使用相似於簡單鈣鈦 礦結構、並具有與簡單鈣鈦礦優異晶格配位,以及高度穩 疋的結晶結構之材料。相似地,作為在磊晶組合結構(4) 中所使用的氟石結晶1 〇 1及簡單鈣鈦礦結晶丨〇 2,可使用相 同於蠢晶組合結構(1)所說明的結晶材料。 本發明之蠢晶組合結構(5)包括以(〇 〇丨)方向,磊晶成 長在導電晶體上之磊晶組合結構(4)的氟石結晶層。本發 明之磊晶組合結構(6 )包括磊晶組合結構(4 ),其中導電晶 體是矽。 ^
487934 五、發明說明(9) 第4圖是顯示磊晶組合結構(5 )到(9)的層結構之剖面 圖。在第4圖中,參考標號丨03代表導電晶體,標號丨0°〗代 表具有(001 )方向的磊晶氟石結晶層,標號102代表具有 (0 1 1 )方向的遙晶簡單鈣鈦礦結晶,以及標號丨〇 4代表具有 一層鈣鈦礦結構之磊晶成長層。雖然任何在先前技藝;所 已知的導電材料,例如,Si ' GaAs及其他組合半導體、 Nb-摻雜的SrTi〇3以及金屬5都可使用作為導電晶體丨, 但從實際使用的觀點來看,較佳是將矽使用在磊晶组人处 構(6)中。相似地,作為在磊晶組合結構(5)中所使用二 石結晶101、簡單鈣鈦礦結晶102以及具有鈣鈦礦結構 104,可使用相同於磊晶組合結構(4)所說明的結晶材&。 至於磊晶組合結構(2),磊晶組合結構(6)的矽結晶 結晶層,可以是直接接觸的形式,或是在界面處可提:― 層材料(例如,二氧化矽),以抑制擴散並增進電性質:、 本發明之磊晶組合結構(7)包括任 、往 (4)到(6),其中具有一層舞鈦礦結構之结晶1〇4是 料。可使用作為結晶1 04的材料包括β . τ. 〇 、載電材
SrBl4T\4〇15'SrBl2Ta2〇9'SrBl2NM9^^ (0<X<1)。 -卜X X 9 本發明之磊晶組合結構(8 )台k , ⑷到⑻,其中具有一層‘)上括:何:蟲晶組合結構 體。可使用作為結晶1〇4的材料礦^構之結晶104是超導 (0<x<l) ^Yba2Cu07_x (〇<x<l)
^2) ^TlBi2CanCun+102n+5 (n=i .2 Un+1〇M (n=〇 M 487934 五、發明說明(ίο)
Tl2Bi2CanCun+1〇2㈣(n = 0、1、2及3) 'HgBLCanCi^O^ (n = 0、1、2及3)及 CUbxBagCanMCUnC^M (n = 4 及5 ;0<χ<1)。 本發明之磊晶組合結構(9 )包括任何的磊晶組合結構 (4 )到(6 ),其中具有一層鈣鈦礦結構之結晶1 〇 4是磁性材 料。可使用作為結晶104的材料包括Bi2Sr2Co06、Srn+1Vn03n+1 (η二1、2 及3)、Bi2(Sr,Ca)2Mn06&La2_2xCa1+2xMn207 (0<x< 1 )。 如上所述,在先前技藝的磊晶組合結構中,鈣鈦礦結 晶層容易在垂直於[〇〇1]方向的(〇〇丨)平面進行二維成長。 結果’長在基底上的薄層以(00^的方向成長,使其難以 達成非平行於[0 0 1 ]的磊晶成長,例如,垂直於[〇 〇丨]或在 相對於[0 0 1 ]的斜面上。對於本發明磊晶組合結構(丨)到 t中的基底’在先前技藝中所已知許多結晶中,氟石及 簡皁鈣鈦礦是巧妙地結合,以磊晶成長一薄層具有(〇丨i ) 方向之簡早鈣鈦礦,而非先前技藝之(〇 〇 1 )方向。此外, m之磊晶組合結構⑷到⑻,是在上述磊晶組合結構 杜表面上,磊晶成長的鈣鈦礦結構層。相較於先前 技藝的(011)方向之έ士姓 ^ 祕改ΛΑ 4 Μ 一之…構,所侍的磊晶組合結構具有明顯 i積“的裝;壓電場及電流特性,1可用於製造具有較 m 1)目:方尚向未Λ 楚而為什麼本發明之蠢晶組合結構具有 實上,當及簡單辑叙! k異阳格配位的結果,以及,事 、’礦具有(0 11)方向時,最適使用是在
2037-3625-PF-ptd 第13頁 487934 五、發明說明(11) 兩者間的電親和性所製成。 以下,在本發明之蠢晶組合結構中的界面晶格配位’ 是參考第5及6圖而解釋。然而,應了解的是,這些解釋僅 是假說。 第5 ( a)圖是一剖面圖,說明本發明之磊晶組合結構 (1 )到(3 )的結構中,在(〇 11 )方向的SrT i 〇3簡單鈣鈦礦及 Ce02氟石的(〇〇1)表面間的界面之晶格配位,係從Ce02的 [100]方向觀察;以及第5(b)圖是從組合結構的[010]方向 所顯示的剖面圖。C e 02表面具有四摺對稱,所以當第5 (a) 圖及第5(b)圖的[1〇〇]及[〇1〇]方向間的關係相反時,它仍 是相同的。
Ce〇2的單元晶胞長度大約是5· 4埃,以及SrTi〇3的單元 晶胞長度大約是3· 9埃。SrTi03的[011 ]長度是: 3.9 埃 X /2^5.5 埃 其實質上符合Ce〇2的[010]長度。這是第5(a)圖中,從Ce〇2 [1 0 0 ]所顯示的形態。 現在,7乘以SrTi03 [100]的長度是: 3· 9埃X 7与27. 3埃 以及5乘以Ce02 [1〇〇]的長度是: 5· 4 埃X 5 =27· 0 埃 所以這些晶格可相符一段長時間。這是第5(b)圖中,從 Ce〇2 [010]所顯示的形態。因此,因為有晶格沿著兩個直 角方向配位,(011)方向的SrTi〇3簡單鈣鈦礦層’可在 (001)方向的Ce02氟石上磊晶成長。 θ
^8/934 五、發明說明(12) 第6圖是一剖面圖,顯示本發明之磊晶組合結構(4)到 )的結構中,在(〇11)方向的SrTi〇3簡單鈣鈦礦及 』4T l3〇1S鈣鈦礦結晶結構層間的界面之晶格配位,係從簡 早每欽礦結晶的[丨00 ]方向觀察。結晶結構是相似的,並 且SrTl〇3 (001)表面及Bi4Ti3〇12 (001)表面的晶格長度也 相同,.所以兩者的成長,產生了天然的配位。因此,基本 上B 14 Ti3〇i2層是以其本身的方向排列的,並以正常於簡 ^鈣鈦礦表面的[117]方向成長,或甚至在一些例子中, 疋以平行於表面的[001]方向成長。此處,以正常於簡單 鈣鈦礦表面的[117]方向成長之Bi4Ti3012層,稱為(117)方 向層。 蠢晶組合結構(1 )到(9 )是在適合於每個結構的基底 上,依序藉由提供所需的起始材料、設定所需溫度及材料 ,遞速率而製造,以達成磊晶成長,其可使用先前技藝的 氣相磊晶成長、旋轉塗佈、液相磊晶成長或其他的磊晶成 長方法而達成。可使用的氣相方法包括雷射切除、電子束 沈積、反射沈積、離子佈植、射頻—磁電濺鍍、分子束石 晶成長(MBE)、化學氣相沈積(CVD)、電漿CVD以及金屬^ 機化學氣相沈積。旋轉塗佈可藉由溶凝膠法、金屬一 八 解法或其他的方法而完成。 71 第7圖是本發明所使用之氣相成長裝置之解釋 第7圖中,參考標號201代表一真空裝置,用於以/ °、 製造薄層,標號202代表一加熱器,用於將基底維見相沈積 長溫度,標號20 3代表用於將氣體導入至直*姑、、在成 土旲二裝置的裝
呤Ο/ 五、發明說明(13) 置,以及標號204代表薄屏 205、20 6及207分別顯示Γ ^二上的基底。參考標號 材料層的供應。使用此壯既石,、間單鈣鈦礦及鈣鈦礦起始 藉由提供所需的起始材^置间明的蟲晶組合結構依序 度及氣流速率,而在每個基底適合於薄層成長的溫 第8圖是本發明氣相 ~ ^ 方法之解釋圖。在第8圖二長=使用之較佳雷射切除 置用於以每射切除方法成長薄層,尸卢3〇2 、 器,用於加熱基底,標號3(n抑/ 軚號302代衣一加熱 裝置的裝置,以及桿#3〇U4代 用於將氣體導入至真空 之裝置。參考標號3'0二奈^用於將雷射光對準標的物 俨轳3 0 fi捭矣戈表/専層沈積於其上的基底。來考 &唬306代表一標㈣,用以在麻,考 307代表一標的物,用左 氐上衣&亂石層,標號 *參考標號3。8:表:=底;製造簡單物層,以 結構層。參考二Μ:以::: =,鈦礦 位置之裝置。夂老俨》n 將軚的物移至雷射光照射 上。 > 考寺示號310顯示標的物材料喷塗至基底 在雷射切除方法中,標的物藉 且將切除的材料沈積在基底上,藉此切;,並 例子中,預先調整標的物的化學沈得:有:些 =的薄卜了製造高品質的薄層,;:每 二層材料,裝置内部的溫度及壓力必須設定在正確的J的 J伴,巧用加熱器302及氣體導入袭置3。3而達成。Ϊ 了 確保U的薄層,雷射對焦裝置3〇4可用於調整為了
2037-3625-PF.ptd 第16頁 叫7934 五、發明說明(14) 長 強度、照射週頻、入射角等等。在成長期間,標的物 移動裝置3 0 9是用於將每個標的物移動至所需順序的位 置。 如上所述,對磊晶組合結構(丨)到(9 )的製造,在許多 在先如技藝中疋已知的成份結晶材料中’具有氣石及簡單 I弓欽礦結構的材料被特別地選擇並結合,以使得具有簡單 詞欽礦結構的薄層,可在具有氟石結構的基底上,以 (011)方向蠢晶成長。因為成長在簡單鈣鈦礦結構上的耗 欽礦層,具有接近垂直於[〇 〇丨]的結晶方向(在此處,結晶 f有最適特性),因此,所得到的磊晶組合結構較先前技 蟄之(001)方向的結構,具有明顯較高的效能及可信度, 並且也可用於製造具有較高積集度的裝置。 雷/ί別Λ ’使用本發明的遙晶組合結構(7)所製造的鐵 兔衣置C具有鈣鈦礦結晶結構層的鐵電材料), 高極性及高壓電埸的έ士曰古6。、二你甘— 丨』用/、有 極#以繁择♦ ί 曰曰 其可應用於使用鐵電 ϋ ^ 毛何的鐵電記憶體,以及使用極性方向控制電 導又的鐵電電晶體。此外,薄層結構的高品質及 向裝置的效能及積集度’提供主要的貢獻。 在使用本發明的磊晶組合結構(8)所製造 中(具有鈣鈦礦結晶結構層的超導材料),在°、 電流=大幅地增加’相較於先前技 : 此之外,薄層結構的高品質及固定方接合裝置除 置的效能及積集度,提供主要的貢獻。°對於增加絮 487934 五、發明說明(15) ☆ Ϊ在妒本Ϊ明的實施例將進一步詳細解釋如下。然 ’心了解的是’本發明並不限於這些實施例。…、 貫施例1 :磊晶組合結構(1)的製造 使用第8圖的雷射切除裝置以製造本發石 结才蓋(1 )。栋田「ο Π /ju 曰曰矣且口 π構u)使用。〇2作為氟石,以及SrTi0作 礦。首先,在(ΟΟΠ^Α οο 3并為間早鈣鈦 肛)方向的SrTi0單晶基底上 一層(001)方向的On昆 -上,磊晶成長
SrTi〇3。 ㈣%層。然後,在㈣層上成長一層 雷射波長 雷射脈衝能量 雷射脈衝期間 雷射入射角: 系統真空: 使用以下的成長條件: 248 奈米(nm) 300毫焦耳(mJ) 2 5奈秒(n s) 30度 X 1 0_6托耳 標的物—基底距離:5. 5公分 基底溫度7〇〇。。
Ce02成長氧氣流 以〇2成長真空 LSsccm 對Ce〇2的雷射昭射5 X⑴托耳 ㈣成長J、頻2 HZ Ce〇2成長期間 =nm/分鐘 8分鐘
2037-3625-PF-ptd 第18頁
SrTi03成長基底溫度
SrTl〇3成長氧氣流(K 5 seem SrTi〇3成長真空 5 χ 1〇-5托耳 對SrhO3的雷射照射週頻1〇 Ηζ SrTi03成長速率 8 nm/分鐘
SrTi03成長期間 24分鐘 蠢晶組合結構(1 )之鑑定: 磊晶組合結構(1)是藉由X光繞射集類似方法而鑑定。 結果顯不在第9及10圖。第9圖顯示得自蟲晶組合結構⑴ 之X光繞射圖形。一個強的繞射波峰是得自所使用的單晶 SrTl〇3基底。從成長在基底上的Ce〇2層中,獲得一(〇〇2)果 面的繞射波峰,其為(001)方向成長的特徵。得自成長於 Ce02層上的SrTi〇3層之(oil)及(022 )繞射波峰,也是(〇〇' 方向的特徵。第1 〇圖顯示磊晶組合結構層(丨)的平面方向 之磁極圖量測,得自X光繞射。可觀察到,。仏氟石層之 (Π 1)繞射,對於具有四摺對稱的基底,是成55度角的傾 斜。此外,SrT i 〇3簡單鈣鈦礦層之(〇 〇丨)繞射,對於具有 四摺對稱的基底,是成45度角的傾斜。因此,在Ce〇f層之 (111)繞射及SrTi〇3層之(001)繞射之間,有一平面内二“ 度角補償。從第9及10圖中,可以確定的是,第5圖的磊晶 成長是在本發明的磊晶組合結構(丨)中實現。此外03 第5圖的解釋,因為在結晶表面内的(〇〇1)方向之以% [1 〇 〇 ]及[0 1 0 ]是相同的,因此,具有兩摺對稱之簡單鈣鈦
五、發明說明(17) __ 礦的(011)方向層,是在表 晶成長,其顯示在磁極圖上面中,以旋轉9 0度的兩向磊 万如四摺對稱。 實施例2 :蟲晶組合結構( 使用第8圖的雷射切除裝 結構(7 )。使用(Q Q 1 )方向的 以製造本發明之蠢晶組合 氟石,SrTi〇3作為簡單钙、:夕作為基底,CewZrQ.88〇2作為 具有-層妈鈦礦以及鐵電材料㈣12’ 使用以下的成長條件: 雷射波長: 248 nm 雷射脈衝能量: 3 0 0 m J 雷射脈衝期間: 2 5 ns 雷射入射角: 30度 系統真空: 1 x 10-6 托耳 標的物〜基底距離 :5. 5公分 88 02成長基底溫度 70 0 °C 88〇2成長氧氣流 0.5 seem Ce〇. 12Zr。88〇2 成長真 空; 5 x 10-5托耳 對CeQ 12ZrG 88〇2的雷射照射週頻2 Hz Ce〇.i2ZrQ 88〇2 成長速率 1 · 2 nm/分鐘 Ce〇.i2ZrQ 88〇2 成長期間 4分鐘
SrTi〇3成長基底溫度 700 °C
2037-3625-PF-ptd 第20頁 487934
SrTi03成長氧氣流 0. 5 seem
SrT i 03成長真空 5 x 1 0_5托耳 對SrTi03的雷射照射週頻 2 Hz SrTi03成長速率 1·6 nm/分鐘
SrTi03成長期間 2分鐘
Bi4Ti3012成長基底溫度7〇〇°c Bi4Ti3012成長氧氣流 8 seem 成長真空 100毫托耳 對Bi4Ti3012的雷射照射週頻1〇 Hz Βι4Τι3012成長速率 8.4 nm/分鐘 B i4T i3012成長期間 6 0分鐘 磊晶組合結構(7 )之鏗定: 磊晶組合結構(7)是藉由X光繞射集類似方法而鑑 結果顯示在第11及12圖。第u圖顯示得自m合^ (7 )之X光繞射圖形,包括(〇〇ι)方向的矽基底,在其上, 一層Ce^Zr。88〇2氟石以(〇〇1)的方向磊晶生長,然後一 SrTi〇3鈣鈦礦以(011)的方向磊晶生長,以及一層鐵^ 料BUTi^2 ’具有一層鈣鈦礦結構。 一個強的繞射波峰是得自。並沒有有關於 (001)方向的繞射波峰。第12圖顯示磊晶組合結構層的 平面方向之磁極圖量測,得自X光繞射。可觀察到,(〇〇1) 石夕基底之(0 2 2 )繞射,對於具有四摺對稱的基底,是成4 5
2037-3625-PF-?td 第21頁 487934 五、發明說明(19) 度角的傾斜。BUT “On層之(〇〇6)繞射,對於具有四摺對稱 的基底’也是成45度角的傾斜,以及平面内的角度也符合 石夕基底之( 022 )繞射。從第n及12圖中,可確是, 如第6圖所示,在包括(001)方向的石夕基底之^的;;吉構 (7)中,其上形成一層(〇〇1 )方向的Ce。i2Zr"8〇2磊晶層,接 著是一層(on)方向的SrTi〇3磊晶層,以及一層Bi4Ti3〇i2, 此BhTi^2層是以非(〇〇1 )的方向磊晶成長。 實施例3 : 兩$,用實施例2的磊晶組合結構(7),以製造本發明的鐵 =Ϊ f二此较置是以電容結構而製造,使用電子束沈積法 坪估穿晋Ϊ電材料部份及下方矽部份形成金屬電極。為了 13圖Γ旦^徵,在不同的電壓點測量電容。結果顯示在第 至+ 18伏%^係使用1 MHZ的測量頻率,將電壓從-18伏特調 電子皞之變,然後再調回-18伏特。電容反應鄰近矽表面的 積態是在ί ΐ。載體耗乏態是在負電壓顯示,以及載體累 電壓改變的ΐ壓顯示。引起電容急劇改變的電壓是取決於 起。這顯示向。所顯示的磁滯現象是由鐵電極性所引 裝置,具:,用本發明之磊晶組合結構(7)所得到的鐵電 因&胥馬效能記憶體的特性。 藝中是已知關於磊晶組合結構(1)到,在許多在先前技 構的材料%I ^成份結晶材料中,具有氟石及簡單鈣鈦礦結 構的薄層,σ別地選擇並結合,以使得具有簡單鈣鈦礦結 可在I石基底上以(〇1丨)方向磊晶成長,而非。 487934 五、發明說明(20) 先前技藝的(001)方向。因為成長在簡單鈣鈦礦結構上的 鈣鈦礦層,具有接近垂直於[0 〇 1 ]的結晶方向(在此處,結 晶具有最適特性),因此,所得到的蟲晶組合結構較先前 技藝之(0 0 1 )方向的結構,具有明顯較高的效能及可信 度,並且也可用於製造具有較高積集度的裝置。 此外,使用本發明的磊晶組合結構(7 )所製造的鐵電 裝置’可利用具有高極性及高壓電場的結晶方向。這使其 可應用於使用鐵電極性以累積電荷的鐵電記憶體,以及使 用極性方向控制電導度的鐵電電晶體。此外,薄層結構的 高品質及固定方向,可對於増加裝置的效能及積集度,提 供主要的貢獻。 關於由本發明的磊晶組合結製的超導裝 置’在薄層厂旱方向的電流是大巾二“相較於先前技藝 的結構。這使其可應用於發展%疊_晶胞約瑟夫遜_接合裝 置,除此之外,薄層結構的高品 固定方向,也可對於 增加裝置的效能及積集度,提供主要的貢獻。
Claims (1)
- 、申言青‘ $3 89125859 Μ 曰 修正: 摩,以及Α蟲晶組合結構,包括一(001)方向的氟石結晶 層’以及在该氟石結晶;卜石曰 曰 單約鈦礦結晶層。層上一長之(0⑴方向的-簡 办兮2蟲;^士據曰申腐明專利範圍第1項所述之蟲晶組合結構,装 ^鼠石、(日日層是在—導電晶體上蠢日日日成長的⑽)、 層。 3道根據申請專利範圍第2項所述之蟲曰曰曰 中該導電晶體是矽。 僻具 鈦礦結晶層’以及在該簡單鈣鈦礦結晶層上磊晶成長之且 有一層鈣鈦礦結晶結構的結晶層。 /、 5. 根據申請專利範 圍第4 項 所 述 之 晶 中 該 氟 石結晶層是在一導電晶 體 上 晶 成 長 層 〇 6. 根據申請專利範 圍第5 項 所 述 之 晶 中 該 導 電晶體是碎。 7. 根據申請專利範 圍第4 項 所 述 之 晶 中 該 具 有一層鈣鈦礦結晶結構 的 結 晶 層 是 一 8· 根據申請專利範 圍第5 項 所 述 之 晶 中 該 具 有一層鈣鈦礦結晶結構 的 結 晶 層 是 一 9. 根據申請專利範 圍第6 項 所 述 之 晶 中 該 具 有一層鈣鈦礦結晶結構 的 結 晶 層 是 一 ^ v ' w ^ w · 4 个卞 ο 1〇·根據申請專利範圍第4項所述之磊晶組合結構, 盛4卢二種蟲晶組合結構’包括一(001)方向的氟石結晶 層,在以軋石結晶層上磊晶成長之(〇丨丨)方向的一簡單 装 其 其 其 其 2037-3625-PFl.ptc 第24頁 487934 _案號89125859_年月日__ 六、申請專利範圍 其中該具有一層鈣鈦礦結晶結構的結晶層是一超導材料。 11. 根據申請專利範圍第5項所述之磊晶組合結構, 其中該具有一層鈣鈦礦結晶結構的結晶層是一超導材料。 12. 根據申請專利範圍第6項所述之磊晶組合結構, 其中該具有一層鈣鈦礦結晶結構的結晶層是一超導材料。 1 3. 根據申請專利範圍第4項所述之磊晶組合結構, 其中該具有一層鈣鈦礦結晶結構的結晶層是一磁性材料。 14. 根據申請專利範圍第5項所述之磊晶組合結構, 其中該具有一層鈣鈦礦結晶結構的結晶層是一磁性材料。 15. 根據申請專利範圍第6項所述之磊晶組合結構, 其中該具有一層4弓欽礦結晶結構的結晶層是一磁性材料。2037-3625-PFl.ptc 第25頁
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