[發明專利]一種ZnO基稀磁薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201110166520.6
• 申請日: 2011-06-20
• 公開（公告）號: CN102360710A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 潘峰;王鈺言;曾飛;陳光
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01F10/32
• 分類號: H01F10/32;H01F41/14;H01F41/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于自旋電子學領域，涉及一種ZnO基稀磁薄膜及其制備方法。

背景技術

稀磁氧化物是新一代自旋器件的重要支撐材料，具有多種優異的磁光、磁電性能， 使其在高密度非易失性存儲器、磁感應器、光隔離器、半導體集成電路、半導體激光 器和自旋量子位計算機領域有非常廣闊的應用前景。制備具有室溫鐵磁性的稀磁氧化 物，并將其應用于自旋器件是自旋電子學領域的研究熱點之一。與傳統的半導體器件 相比，自旋電子器件具有速度快、體積小、能耗低、非易失等優點，具有較大的應用 潛力。然而到目前為止，稀磁材料還是沒有能夠達到真正的實用化，主要原因之一是 稀磁材料的飽和磁化強度低并且居里溫度低于室溫。雖然近年來具有室溫鐵磁性的稀 磁材料不斷出現，但是它們的飽和磁化強度較弱，性能不夠穩定，限制了實用化進程。 迄今為止，還沒有一種合適的辦法能夠有效增強稀磁薄膜材料的磁性。ZnO薄膜材料 具有優異的結構和物理性能，在電子器件領域的應用前景極為廣闊，近年來，ZnO基 稀磁材料得到了廣泛的研究，但是性能不夠理想且重復性差。

發明內容

本發明的目的是提供一種ZnO基稀磁薄膜及其制備方法。

本發明提供的ZnO基稀磁薄膜，包括基片、位于所述基片上的稀磁薄膜和反鐵磁 薄膜；

其中，構成所述稀磁薄膜的材料為Zn_1-xTM_xO，所述Zn_1-xTM_xO中，x為0.2％-10.0％， TM為過渡金屬元素；

構成所述反鐵磁薄膜的材料選自過渡金屬氧化物中的至少一種。

所述Zn_1-xTM_xO中，x優選3％-5％，更優選4-5％，TM選自Co、Ni和Fe中的至 少一種；所述過渡金屬氧化物選自NiO、CoO和CuO中的至少一種。構成所述基片的 材料選自LiNbO₃、Si、Al₂O₃和LiTaO₃中的至少一種，優選LiNbO₃。所述稀磁薄膜 的厚度為10～400nm，優選15-120nm；所述反鐵磁薄膜的厚度為10～400nm，優選 10-60nm。

上述本發明提供的ZnO基稀磁薄膜由下至上依次可為所述基片、所述稀磁薄膜和 所述反鐵磁薄膜；

或者，所述ZnO基稀磁薄膜由下至上依次為所述基片、所述反鐵磁薄膜和所述稀 磁薄膜。

優選的，本發明提供的ZnO基稀磁薄膜由下至上依次為所述基片、所述稀磁薄膜 和所述反鐵磁薄膜；其中，構成所述基片的材料為LiNbO₃，構成所述稀磁薄膜的材料 為Zn_0.96Co_0.04O，構成所述反鐵磁薄膜的材料為NiO；也即，該ZnO基稀磁薄膜的結 構為LiNbO₃/Co:ZnO/NiO；其中，所述Zn_0.96Co_0.04O稀磁薄膜的厚度為30nm，所述 NiO反鐵磁薄膜的厚度為10-60nm；所述ZnO稀磁薄膜LiNbO₃/Co:ZnO/NiO的室溫飽 和平均原子磁矩為3.0μ_B/Co～3.6μ_B/Co。

或者，優選的，所述ZnO基稀磁薄膜由下至上依次為所述基片、所述反鐵磁薄膜 和所述稀磁薄膜；其中，構成所述基片的材料為LiNbO₃，構成所述反鐵磁薄膜的材料 為NiO；構成所述稀磁薄膜的材料為Zn_0.95Ni_0.05O；所述稀薄膜的厚度為80nm，所述 反鐵磁薄膜的厚度為10-60nm；所述ZnO稀磁薄膜的室溫飽和平均原子磁矩為 2.1μ_B/Co～2.5μ_B/Co。

本發明提供的制備上述ZnO基稀磁薄膜的方法，為下述方法一或方法二，其中， 所述方法一包括如下步驟：在基片上依次制備一層稀磁薄膜和一層反鐵磁薄膜，得到 所述ZnO基稀磁薄膜；

所述方法二包括如下步驟：在基片上依次制備一層反鐵磁薄膜和一層稀磁薄膜， 得到所述ZnO基稀磁薄膜。