[發明專利]一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201710321593.5
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107119261B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 金立川;張懷武;李明明;饒毅恒;唐曉莉;鐘智勇;楊青慧;李頡;廖宇龍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/18;H01L43/10;H01L43/06
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司 11514
• 代理人: 孟凡臣

1.一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料，其特征在于，該材料包括

鐵磁性基片，

和利用物理氣相沉積技術處理在所述鐵磁性基片表面的納米厚度的鉍鉑合金薄膜，所述鉍鉑合金薄膜的組分為Bi_xPt_100-x，且x＝2-20。

2.如權利要求1所述的一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料，其特征在于，鐵磁性基片為釔鐵石榴石材質基片或鎳鐵材質基片。

3.如權利要求1所述的一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料，其特征在于，所述鉍鉑合金薄膜采用真空磁控濺射生長的方式處理在所述鐵磁性基片表面。

4.如權利要求1所述的一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料，其特征在于，所述鉍鉑合金薄膜的厚度為1-50nm。

5.如權利要求1-4任一項所述的一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料，其特征在于，所述巨自旋霍爾效應合金薄膜材料包括

鐵磁性基片，所述鐵磁性基片采用釔鐵石榴石材質基片或鎳鐵材質基片；

以及鉍鉑合金薄膜，所述鉍鉑合金薄膜使用鉑金靶材上貼高純鉍金屬薄片或者鉍鉑Bi_xPt_100-x靶材的方式控制鉍的含量在2％-20％之間、采用真空磁控濺射生長于所述鐵磁性基片表面而得到的納米級厚度的鉍鉑合金薄膜。

6.制備如權利要求5所述巨自旋霍爾效應合金薄膜材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、選擇高純貼鉍鉑靶材或者鉍鉑合金靶材；

S2、將步驟S1中的高純貼鉍鉑靶材或者鉍鉑合金靶材裝在LS500型磁控濺射設備腔體靶位；

S3、采用鐵磁性基片作為基底，經過丙酮、酒精以及去離子水清洗，用氮氣吹干，保證鐵磁性基片表面潔凈；

S4、將步驟S3中鐵磁性基片放入LS500型磁控濺射設備中生長Bi_xPt_100-x合金薄膜。

7.如權利要求6所述的巨自旋霍爾效應合金薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述高純貼鉍鉑靶材為以高純度鉑靶材作為母體，將至少一片高純鉍的圓片貼在鉑靶表面的濺射軌道上而制成的靶材，且靶材中Bi摩爾比組分在2％-20％之間；其中，高純度鉑靶材中鉑的純度高于99.99％，高純鉍中鉍的純度高于99.99％。

8.如權利要求6所述的巨自旋霍爾效應合金薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述鉍鉑合金靶材為熔融制備高純鉍鉑合金靶材，且鉍鉑合金靶材中Bi摩爾比組分在2％-20％之間。

9.如權利要求6所述的巨自旋霍爾效應合金薄膜材料的制備方法，其特征在于，步驟S4具體過程為：

(1)在10^-5Pa量級的真空環境下，以10-30SCCM的氬氣流量通入真空室，待氣壓穩定后，背底真空度為0.26-0.5Pa；

(2)在0.26-0.5Pa量級的氣壓環境下，打開磁控濺射電源，以20-50W的直流功率進行靶材的預濺射，用氬離子轟擊清洗高純貼鉍鉑靶材或者鉍鉑合金靶材表面；

(3)打開靶材的擋板，等待以0.1轉每秒的轉速勻速旋轉長有鉍鉑合金薄膜的鐵磁性薄基片，到達設定的生長時間后，關閉濺射電源和靶材擋板，得到所述的合金薄膜材料。

10.如權利要求1-5任一項所述的巨自旋霍爾效應合金薄膜材料在自旋電子學、自旋傳感器、量子計算領域的應用。