[發(fā)明專利]一種調(diào)控超薄鐵磁薄膜磁性能的鐵電器件的制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201810337141.0 | 申請(qǐng)日： | 2018-04-15 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN108417708A | 公開（公告）日： | 2018-08-17 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 田莉;趙曉林;王建祿 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 湖南工程學(xué)院 |
| 主分類號(hào)： | H01L43/12 | 分類號(hào)： | H01L43/12 |
| 代理公司： | 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108 | 代理人： | 冷玉萍 |
| 地址： | 411104 湖*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 鐵磁薄膜 制備 鐵電器件 磁性能 電薄膜 有機(jī)鐵 基鐵電 極化 襯底 光刻 刻蝕 薄膜 調(diào)控 表面制備 電極引腳 表測量 電性能 加電場 朗謬爾 字標(biāo)記 凝膠 保證 研究 | ||
本發(fā)明公開一種調(diào)控超薄鐵磁薄膜磁性能的鐵電器件的制備方法。本發(fā)明在襯底上制備超薄鐵磁薄膜/PVDF基鐵電薄膜/Al結(jié)構(gòu)的鐵電器件，首先在襯底上制備超薄鐵磁薄膜，在制備“十”字標(biāo)記后，通過光刻和刻蝕得到所需鐵磁薄膜圖形；然后采用溶膠?凝膠方法或朗謬爾?布羅基特方法制備PVDF基有機(jī)鐵電薄膜；最后在有機(jī)鐵電薄膜表面制備Al薄膜，通過光刻和刻蝕得到所需Al電極圖形。本發(fā)明在器件中通過對(duì)鐵磁薄膜的電極引腳和Al電極加電場使PVDF基鐵電薄膜極化，而由極化引起的鐵磁薄膜的電性能變化可通過伏安表測量，從而能夠?yàn)檠芯坑袡C(jī)鐵電薄膜對(duì)超薄鐵磁薄膜的磁性能調(diào)控提供保證。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鐵電器件的制備方法，特別涉及一種調(diào)控超薄鐵磁薄膜磁性能的鐵電器件的制備方法。
背景技術(shù)
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,高密度、高速度、非破壞、低能耗信息存儲(chǔ)器的市場需求越來越大。現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用的磁存儲(chǔ)器(MRAM)雖易于讀取，但磁場驅(qū)動(dòng)的寫入方式速度慢、能耗高，而且設(shè)計(jì)復(fù)雜，已不能滿足現(xiàn)代信息存儲(chǔ)的要求，從而限制了磁存儲(chǔ)器的應(yīng)用。針對(duì)磁寫入方式速度慢、能耗高的問題，研究者利用多鐵材料及其磁電耦合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了電場對(duì)磁性能的調(diào)控，并設(shè)計(jì)了新概念的磁電耦合存儲(chǔ)器(MeRAM)。相比于MRAM，MeRAM具有速度快、密度高、能耗小等優(yōu)勢，從而具有廣闊的應(yīng)用前景，備受人們的關(guān)注。為實(shí)現(xiàn)磁電耦合等新型存儲(chǔ)器件，研究電場對(duì)鐵磁薄膜磁性能的調(diào)控意義重大。
磁性能調(diào)控機(jī)制主要有三種：(1)界面應(yīng)變機(jī)制，其調(diào)控原理是壓電相和壓磁相兩者通過界面的應(yīng)力相互作用，實(shí)現(xiàn)電場對(duì)磁性能控制。(2)交換偏置作用，其調(diào)控原理是通過單相多鐵材料中的鐵電性和反鐵磁性的磁電耦合及界面處反鐵磁性和鐵磁薄膜之間的交換偏置作用達(dá)到磁性能調(diào)控的目的。(3)界面電荷機(jī)制，其機(jī)理是鐵電薄膜由于極化在界面處產(chǎn)生的電場導(dǎo)致磁性薄膜中自旋相關(guān)載流子的富集或耗散，從而達(dá)到電場調(diào)控磁性能的目的。就目前的研究現(xiàn)狀來看，界面應(yīng)變機(jī)制的研究最為廣泛和深入，然而其磁電耦合受到襯底“夾持”且易失的。基于交換偏置作用的磁電耦合克服了襯底的“夾持”，但單相多鐵材料稀缺而且實(shí)現(xiàn)磁性能調(diào)控的條件苛刻。基于界面電荷機(jī)制的磁性能調(diào)控不受襯底約束而且磁性能調(diào)控是非易失的，研究該機(jī)制意義重大。
值得注意的是，由于Thoma-Fermi屏蔽效應(yīng)，基于界面電荷機(jī)制的磁性能調(diào)控一般只作用于幾納米厚的鐵磁薄膜范圍內(nèi)，隨著厚度增加電荷效應(yīng)作用迅速減小。2015年，N.X.Sun研究小組研究了多鐵異質(zhì)結(jié)Co0.3Fe0.7/Ba0.6Sr0.4TiO3中磁電耦合效應(yīng)的影響。在1.2nm的Co0.3Fe0.7的薄膜中，可以觀察到外加極化電壓對(duì)共振磁場產(chǎn)生明顯的調(diào)控，然而在50nm的Co0.3Fe0.7薄膜中基本觀察不到共振磁場的變化。
相比于無機(jī)鐵電材料，聚偏二氟乙烯(PVDF)及其三氟乙烯的共聚物[P(VDF-TrFE)]鐵電性能優(yōu)異，而且其制備工藝與CMOS工藝相兼容，可以滿足制備磁電耦合器件的需要。2012年，A.Mardana在有機(jī)多鐵P(VDF-TrFE)/Co異質(zhì)結(jié)中，發(fā)現(xiàn)了電荷效應(yīng)誘導(dǎo)的磁電耦合。當(dāng)有機(jī)鐵電材料P(VDF-TrFE)極化翻轉(zhuǎn)時(shí)，0.95nm厚Co面內(nèi)矯頑力增加而面外矯頑力減小，而且Co的易磁化軸從面外轉(zhuǎn)向面內(nèi)。2016,S.H.Liang等人第一次成功制備了La0.6Sr0.4MnO3/PVDF/Co多鐵隧道結(jié)，研究表明通過PVDF鐵電極化翻轉(zhuǎn)可調(diào)控界面Co薄膜的磁各向異性，從而影響隧道結(jié)的隧穿磁電阻。然而，聚合物鐵電薄膜對(duì)鐵磁薄膜的調(diào)控尚處于起步階段，界面電荷機(jī)制和磁性調(diào)控手段還有待進(jìn)一步研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)控超薄鐵電薄膜磁性能的鐵電器件的制備方法，為研究PVDF基聚合物鐵電薄膜調(diào)控鐵磁薄膜的磁性能提供了保證。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
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