[發明專利]基于Co2VAl具有半金屬特性的異質結的制備方法

在審

• 申請號: 201610031172.4
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105633277A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 韓紅培
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及基于Co₂VAl具有半金屬特性的異質結的制備方法。

背景技術

近年來，由于在自旋電子器件中的潛在應用，尋找半金屬材料， 即一個自旋通道是金屬另一個通道是絕緣體或半導體的材料，成為眾 多科研工作者的熱情高漲的工作。在眾多被實驗和理論發現的半金屬 鐵磁體當中，因為擁有高的磁矩，高的居里溫度和與常見半導體相匹 配的晶格常數等，霍伊斯勒合金被看做是最有可能用于自旋電子器件 的材料。眾所周知，大多數半金屬鐵磁體是被制成薄膜或多層膜運用 到實際的自旋電子器件中的。因此，自旋從鐵磁體注入到半導體，如 何提高自旋注入效率是一個非常關鍵的問題。然而，把半金屬材料制 成薄膜時，我們并不能保證塊材的半金屬性能夠保存在它與半導體的 界面結構中。例如，Akbarzadeh等人基于密度泛函理論研究了 Co₂MnSi/GaAs和Co₂FeSi/GaAs異質結(001)方向的電磁性質，發 現在理想的SiMn/As界面處Co₂MnSi塊材中的半金屬特性依然存在， 但Co₂FeSi塊材中的這種半金屬特性在與半導體GaAs的界面處則完 全消失了。一篇關于Co₂CrAl/GaAs界面電子結構的研究報道：在 Co₂CrAl/GaAs(110)方向上，電子的自旋極化率往往會保持的相對 較高，甚至在個別(110)界面結構上幾乎會達到100％。最近，Chadov 等人利用霍伊斯勒材料Co₂MnAl和CoMnVAl兩種合金結構和化學上 的兼容性，通過第一性原理的方法合理地設計出了高自旋極化的磁阻 結，理論上證實在Co₂MnAl/CoMnVAl異質結的界面處展示半金屬特 性。最近，我們研究了Co2VGa/PbS(111)異質結的界面性質，結果 顯示塊材Co2VGa的半金屬特性在Ga-S和Ga-Pb界面消失了，但V-S 和V-Pb界面分別展示了100％和近100％的自旋極化。

實驗上，T.Kanomata和M.Meinert研究了全霍伊斯勒Co2VAl 塊材和薄膜特性，他們發現無論是塊材還是薄膜，Co2VAl都有很好 的鐵磁性。同樣，其他的一些研究小組理論上也給出了類似的結果。 基于此，我們最近理論上研究了Co2VAl的四個可能的(111)表面， 并發現V表面和Al表面維持了塊材的半金屬性，但這種半金屬性在 CoV和CoAl表面消失了。在本文中，我們把我們以前的研究拓展到 Co₂VAl/PbS(111)界面結構。之所以選擇PbS作為自旋注入的半導體， 有兩個方面的原因：一方面，PbS有和Co₂VAl相似的晶體結構和較 低的晶格失配率；另一方面，PbS呈現非經典的電子和輸運性質，比 如較高的載流子遷移率、較高的介電常數、較窄的帶隙和正的溫度系 數，這些都使PbS成為多重科技應用的潛在材料。這里，由于只有V 和Al表面保持了塊材的半金屬特性，故我們只考慮了這兩種表面和 PbS組成的界面結構。我們的計算結果表面，有一個既穩定又是半金 屬的界面存在，這對于自旋電子器件的設計是非常受歡迎的。

因此，現有工藝方法落后，需要改進。

發明內容：

本發明的技術方案如下：基于Co₂VAl具有半金屬特性的異質結的制 備方法，包括以下步驟：

第一步：構建界面結構；對于Co2VAl(111)表面，我們僅僅考 慮了兩個具有半金屬特性的端面：V和Al表面，而對于PbS，它有 兩個(111)表面：Pb和S表面。因此，在(111)方向上，在Co2VAl 和PbS之間存在四種界面：V–S,Al–S,V–Pb和Al–Pb。對于每一個 界面結構，我們考慮用25層的Co2VAl和13層的PbS來構建對稱性 的異質結；

第二步：對上述四種異質結進行結構優化。在優化的過程中，為 了盡可能的接近實際，允許Co₂VAl和PbS這兩種材料中距離界面最 近的5個原子層中的原子進行位置弛豫，其他原子位置固定；

第三步：根據界面能的定義，分別計算出此四種界面的界面能大 小并加以列表比較，獲得結構最穩定的異質結；