[發明專利]一種具有大磁電阻效應的GdN薄膜及制備方法

有效

• 申請號: 201310041075.X
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103088293A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 米文博;段秀峰;白海力
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35;C23C14/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

1.一種具有大磁電阻效應的多晶GdN薄膜；其特征是薄膜結構為以Ag作為電極和AlN作為保護層的GdN薄膜。

2.如權利要求1所述的薄膜，其特征是所述的Ag電極圖案為1mm×1mm的正方形；GdN圖案的線寬0.5mm，中間測量電壓的兩點之間距離為2mm；該薄膜在5K溫度和50kOe磁場下，磁電阻為-86%。

3.權利要求1的具有大磁電阻效應的多晶GdN薄膜的制備方法，其特征是步驟如下：

1）采用中科院沈陽科學儀器研制中心生產的DPS-III型超高真空多對靶磁控濺射鍍膜機，基底材料為拋光的、覆蓋掩膜模板的MgO(100)單晶片；使用純度都為99.99%的Gd靶、Al靶和Ag靶，分別安裝在三對靶頭上，每對靶由兩個靶組成，這兩個靶面對面地放置，其中一個作為磁力線的N極，另一個為S極；每對靶的兩個面對面放置的兩個靶面之間的軸線相互平行，每對靶中的兩個靶面之間的距離為80mm，靶的軸線與放有MgO基底材料的基片架之間的距離為80mm；

2）首先，帶有鍍Ag電極所用的掩膜模板的MgO(100)單晶片放到基片架上，并放到擋板后面，關閉真空室；

3）開啟DPS-III超高真空多對靶磁控濺射鍍膜機真空系統，先后啟動一級機械泵和二級分子泵抽真空，直至濺射室的背底真空度高于1×10^-5Pa；

4）向真空室通入純度為99.999%的Ar氣，將真空度保持在3Pa，其中Ar氣的流量為100sccm；

5）開啟濺射電源，在一對Ag靶上施加0.012A的電流和1400V的直流電壓，預濺射5分鐘，等濺射電流和電壓穩定；

6）打開基片架上的檔板開始濺射，Ag電極沉積時間為35分鐘；

7）濺射結束后，關閉基片架上的檔板，然后關閉濺射電源，停止通入濺射氣體Ar，完全打開閘板閥，繼續抽真空，20分鐘后關閉抽氣系統；

8）向真空室充入純度為99.999%的氮氣，打開真空室，取出鍍好Ag電極的MgO基片；

9）將帶有鍍GdN的掩膜模板用銀膠固定在已經鍍好Ag電極的MgO(100)單晶片上，并將該MgO(100)單晶片放到基片架上，放到擋板后面，關閉真空室；

10）開啟DPS-III超高真空多對靶磁控濺射鍍膜機真空系統，先后啟動一級機械泵和二級分子泵抽真空，直至濺射室的背底真空度高于1×10^-5Pa；

11）向真空室通入純度為99.999%的Ar和N₂的混合氣體，將真空度保持在1Pa，其中Ar氣的流量為80sccm，N₂氣的流量為20sccm；

12）將基片的溫度以10°C/秒的速度升至550°C；

13）開啟濺射電源，在一對Gd靶上施加0.2A的電流和360V的直流電壓，預濺射15分鐘，等濺射電流和電壓穩定；

14）打開基片架上的檔板開始濺射，沉積GdN薄膜過程中，帶有Ag電極的MgO(100)單晶片位置固定；

15）薄膜沉積時間為30分鐘；

16）濺射結束后，關閉基片架上的檔板，然后關閉濺射電源，停止通入濺射氣體Ar和N₂，完全打開閘板閥，繼續抽真空，并且將基片溫度以5°C/min的降溫速率降溫；

17）待基片溫度降至200°C，將基片架轉至Al靶位置，通入流量比為50:50的Ar和N₂的混合氣體，將真空度保持在2Pa，施加0.2A的濺射電流和1400V的直流電壓，薄膜沉積時間為20分鐘；在GdN薄膜上覆蓋厚100nm的AlN保護層，再重復16）的操作；

18）待基片溫度降至室溫，關閉真空系統。向真空室充入純度為99.999%的氮氣，打開真空室，取出鍍好的帶有Ag電極和AlN保護層的GdN薄膜。

4.如權利要求3的方法，其特征是所述的單晶MgO為表面刨光的MgO(100)單晶，厚度為0.5mm，面積為5mm×7mm。

5.如權利要求3的方法，其特征是所述的Gd靶、Al靶和Ag靶三種，分別安裝在三對靶頭上，每對靶的兩個面對面放置的兩個靶面之間的軸線相互平行，每兩個軸線之間的距離均為20cm；靶材厚度為4mm，直徑為60mm。

6.如權利要求3的方法，其特征是所述的鍍Ag電極所用的掩膜模板為利用激光技術在厚度為0.1mm的304不銹鋼上刻蝕的。

7.如權利要求3的方法，其特征是所述的鍍GdN圖案的掩膜模板是利用激光技術在厚度為0.1mm的304不銹鋼上刻蝕的。