[發(fā)明專利]基于鈷-分子多鐵材料的自旋過濾異質(zhì)結(jié)器件及其制備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611169168.0
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN108206204A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設計）人: 張靜;柯三黃
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/12;H01L21/335;H01L29/772
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發(fā)明涉及一種基于鈷?分子多鐵材料的自旋過濾異質(zhì)結(jié)器件及其制備，所述的自旋過濾異質(zhì)結(jié)器件包括分別作為源極和漏極的兩個鈷電極，構(gòu)成兩個鈷電極之間的中間散射區(qū)材料薄層的分子多鐵材料(NH₄)₃Cr₂O₈，以及連接分子多鐵材料(NH₄)₃Cr₂O₈兩邊的柵極，所述的兩個鈷電極均為金屬材料鈷形成的薄層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于分子多鐵材料Cs(NH₄)CrO₈磁性中心鉻離子(Cr⁵⁺)的3d軌道之間自旋相互作用，其與Co電極表面接觸形成了獨特的自旋過濾效應，此外，自旋過濾效應性能良好穩(wěn)定，與器件的半導體襯底的種類無關，易于實現(xiàn)，可以普遍應用于分子半導體電子器件當中。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及自旋電子學器件技術(shù)領域，尤其是涉及一種基于鈷-分子多鐵材料體系的自旋過濾異質(zhì)結(jié)器件及其制備。

背景技術(shù)

分子電子學研究的是分子水平上的電子學，其目標是用單個分子、超分子或分子簇代替硅基半導體晶體管等固體電子學元件組裝邏輯電路，乃至組裝完整的分子計算機。它的研究內(nèi)容包括各種分子電子器件的合成、性能測試以及如何將它們組裝在一起以實現(xiàn)一定的邏輯功能。同傳統(tǒng)的固體電子學相比，分子電子學有著強大的優(yōu)勢。現(xiàn)行的微電子加工工藝在10年以后將接近發(fā)展的極限,線寬的不斷縮小將使得固體電子器件不再遵從傳統(tǒng)的運行規(guī)律；同時,線寬縮小也使得加工成本不斷增加。分子電子學有望解決這些問題.在奔騰電腦芯片中1cm²的面積上可以集成107～108個電子元件,而分子電子學允許在同樣大小的面積上集成1014個單分子電子元件，集成度的提高將使運算速度極大的提高。同時，由于分子電子學采用自下而上的方式組裝邏輯電路,所使用的元件是通過化學反應大批量合成的，所以生產(chǎn)成本與傳統(tǒng)的光刻方法相比將大大縮減.

分子電子學和自旋電子學兩者結(jié)合起來產(chǎn)生一門新的學科將會集合分子電子學和自旋電子學各自的優(yōu)點而具有更大的優(yōu)勢。這個新的交叉學科叫做分子自旋電子學(molecular spintronics).從基本原理和技術(shù)角度講，操縱有機分子材料電子自旋的能力為自旋電子學的研究提供了新的便捷路線。這是由于有機分子有著非常弱的自旋軌道耦合和超精細相互作用(hyperfine interaction)的優(yōu)勢，這種優(yōu)勢可以使自旋相干(spincoherence)時間和距離要比傳統(tǒng)的金屬和半導體要長的多。改變電子的自旋狀態(tài)所需的能量僅僅是推動電子運動所需能量的千分之一，顯而易見，自旋電子學器件所耗能量與傳統(tǒng)硅基半導體電子學相比微乎其微。目前,為了搶奪未來科技的制高點,許多發(fā)達國家都制定了發(fā)展納米電子學和分子電子學的專項計劃,投入了巨大的人力物力,同時也取得了一系列的突破。2001年12月21日,美國《科學》雜志將分子電子學所取得的一系列成就評為2001年十大科技進展之首。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于鈷-分子多鐵材料的自旋過濾異質(zhì)結(jié)器件及其制備，能夠在實現(xiàn)由分子多鐵材料(NH₄)₃Cr₂O₈在鈷電極的連接下，由于分子多鐵材料(NH₄)₃Cr₂O₈的磁性中心鉻離子(Cr⁵⁺)的3d軌道之間自旋相互作用，其氧原子表面與鈷電極(Co)表面態(tài)之間耦合，導致該分子多鐵異質(zhì)結(jié)出現(xiàn)自旋過濾效應，該分子多鐵隧道結(jié)有望用于制備高性能分子自旋電子學晶體器件。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：