[發(fā)明專利]一種有機(jī)單晶自旋閥及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810079081.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN110085738B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡文平;田園;董煥麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H01L43/08
• 分類號(hào): H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

1.一種有機(jī)單晶自旋閥的制備方法，包括如下步聚：

1)利用掩膜版構(gòu)建鐵磁底電極；

2)將有機(jī)半導(dǎo)體單晶微/納米材料轉(zhuǎn)移到步驟1)得到的鐵磁底電極上；其中，轉(zhuǎn)移有機(jī)半導(dǎo)體單晶微/納米材料時(shí)采用機(jī)械探針臺(tái)和高倍光學(xué)顯微鏡；

3)利用掩膜版構(gòu)建緩沖層；

4)保持步驟3)的掩膜版不變，對(duì)緩沖層進(jìn)行處理；

5)保持步驟4)的掩膜版不變，構(gòu)建鐵磁頂電極及防氧化保護(hù)層，得到所述有機(jī)單晶自旋閥。

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，步驟1)中，所述掩膜版為圖案化的金屬箔片；

步驟1)中，構(gòu)建鐵磁底電極采用直流對(duì)向靶材磁控濺射技術(shù)，將掩膜版與襯底材料固定好后放入直流對(duì)向靶材磁控濺射腔體中制備鐵磁底電極。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，步驟3)-5)中，所述掩膜版為圖案化的金屬箔片或聚酰亞胺薄膜；

步驟3)-5)中，構(gòu)建緩沖層、鐵磁頂電極以及防氧化保護(hù)層采用原位模版熱蒸發(fā)技術(shù)。

4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，采用如下步驟：

a1)圖案化金屬掩膜版：根據(jù)需要定制合理尺寸的金屬掩膜版，其圖案化大小決定了鑭鍶錳氧(LSMO)鐵磁底電極的尺寸；

a2)鑭鍶錳氧(LSMO)鐵磁底電極的制備：將圖案化的金屬掩膜版與鈦酸鍶(STO)襯底固定好，放入直流對(duì)向靶濺射腔體中，生長(zhǎng)過(guò)程中襯底溫度保持在700-800℃，腔體內(nèi)壓強(qiáng)為0.5-1.0Pa，載氣為比例Ar:O₂＝5:3的混合氣；100nm厚的鑭鍶錳氧(LSMO)鐵磁電極外延生長(zhǎng)完成后，原位在3KPa的純O₂氣氛內(nèi)，保持700-800℃退火1-5個(gè)小時(shí)，然后以5K/min的速度降至室溫取出；

a3)2,6-二苯蒽單晶的轉(zhuǎn)移：在探針臺(tái)下，通過(guò)高分辨率的光學(xué)顯微鏡，借助針頭粗細(xì)約為1μm的探針將2,6二苯蒽單晶通過(guò)范德華力轉(zhuǎn)移，平放于步驟a2)得到的鑭鍶錳氧(LSMO)鐵磁底電極上；

a4)緩沖層的制備：將圖案化的金屬或聚酰亞胺掩膜版與轉(zhuǎn)移好單晶的鑭鍶錳氧(LSMO)鐵磁底電極固定好，通過(guò)真空鍍膜機(jī)在單晶上熱蒸發(fā)1-3nm的鋁；然后置入氧等離子體發(fā)生器中氧化1-2小時(shí)后得到AlOx緩沖層；

a5)鈷鐵磁頂電極的制備：將步驟a4)所得緩沖層再次置于真空鍍膜機(jī)中在緩沖層上方熱蒸發(fā)5-30nm的鈷鐵磁頂電極和20-200nm的金作為防氧化保護(hù)層，得到截面積長(zhǎng)100-500μm、寬500μm的2,6-二苯蒽單晶自旋閥。

5.一種采用權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述方法制備的有機(jī)單晶自旋閥，其包括自下而上依次排列并直接接觸的襯底、鐵磁底電極、有機(jī)單晶半導(dǎo)體微/納米材料、緩沖層、鐵磁頂電極及防氧化保護(hù)層；

所述襯底根據(jù)鐵磁底電極材料進(jìn)行選擇，為鈦酸鍶(STO)、硅片或PET；

所述有機(jī)半導(dǎo)體單晶微/納米材料為兩個(gè)及以上任選取代或未取代芳基、雜芳基、環(huán)烷基或雜環(huán)烷基中的一種或多種以并或直接相連的方式構(gòu)成的化合物；

所述緩沖層為氧化鋁、氧化鎂、氟化鋰、氧化石墨烯、自組裝鈷納米材料中的一種，兩種或更多種；

所述鐵磁頂電極為鈷、鐵、鎳中的一種，兩種或更多種；

所述防氧化保護(hù)層為金、鋁中的一種或兩種。

6.如權(quán)利要求5所述的有機(jī)單晶自旋閥，所述鐵磁底電極為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鑭鍶錳氧或Co、NiFe；

所述襯底根據(jù)鐵磁底電極材料鑭鍶錳氧(LSMO)選擇為鈦酸鍶(STO)，或根據(jù)鐵磁底電極材料Co、NiFe選擇硅片或PET。

7.如權(quán)利要求5所述的有機(jī)單晶自旋閥，所述有機(jī)半導(dǎo)體單晶微/納米材料選自2,6二苯蒽2,6-DPA，四硫富瓦烯類化合物、富勒烯及其衍生物、或苝/萘酰亞胺衍生物。

8.如權(quán)利要求5所述的有機(jī)單晶自旋閥，所述有機(jī)半導(dǎo)體單晶微/納米材料為片狀結(jié)構(gòu)；

所述有機(jī)半導(dǎo)體單晶微/納米材料的長(zhǎng)、寬為100nm-1000μm；其厚度為1-500nm。