[發(fā)明專利]一種通過門電壓調(diào)控二維磁性半導體材料磁性能的方法

有效

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• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN109768157B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 韓拯;張志東;王志;李小茜;王漢文;陳茂林;孫興丹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/02
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 崔曉蕾

本發(fā)明提供了一種通過門電壓調(diào)控二維磁性半導體材料磁性能的方法。在二維磁性半導體材料居里溫度以下，通過對二維磁性半導體材料進行電子或空穴摻雜，使費米能級上下移動，由于多子、少子態(tài)密度的不同，導致靜磁矩的變化，實現(xiàn)了在不同的門電壓下磁學性質(zhì)的電調(diào)控。基于該方法設計的自旋場效應器件實現(xiàn)了門電壓對二維磁性半導體的磁性能調(diào)控，為未來超薄輕量化，柔性自旋場效應器件，以及二維堆垛結(jié)構(gòu)多鐵柔性器件開創(chuàng)了新的研究方向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)應用研究領(lǐng)域，具體涉及一種通過門電壓調(diào)控二維磁性半導體材料磁性能的方法及基于所述方法的自旋場效應器件。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電荷晶體管利用外加的門電壓產(chǎn)生的電場效應改變半導體的費米能級位置，來實現(xiàn)晶體管溝道的開閉狀態(tài)；電子除了攜帶電荷外，還具有自旋這個重要的內(nèi)稟屬性。然而對于磁性金屬的自旋和半導體材料的電荷進行單獨調(diào)控已無法滿足信息技術(shù)發(fā)展的要求，磁性半導體材料擁有內(nèi)稟自旋和態(tài)密度可調(diào)的特性，可以同時實現(xiàn)對自旋和電荷的調(diào)控，為未來信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了新的可能。磁性半導體的電學性能和磁性性能相互關(guān)聯(lián)，因此可以通過外加的門電壓調(diào)控載流子的濃度，繼而實現(xiàn)對磁性半導體的磁學性能進行調(diào)控。

近些年來，以石墨烯為代表的新型二維材料迅速發(fā)展并受到人們的廣泛關(guān)注，稀磁半導體發(fā)展受限，以及磁控濺射和分子束外延對高真空和基底晶格匹配的要求，本征的二維磁性半導體受到越來越多的關(guān)注。二維磁性半導體可以通過CVD進行大面積生長，將自旋晶體管置于柔性基底上可以制備柔性器件，同時集成光電效應，在未來的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中具有巨大的前景。

本發(fā)明基于自主生長的二維磁性半導體材料，選用少數(shù)層二維材料制備了自旋場效應器件，其在居里溫度以下仍然導通并具有門電壓可調(diào)控性，同時對二維磁性半導體材料進行電子或空穴摻雜，發(fā)現(xiàn)了在不同的門電壓下磁學性質(zhì)的電調(diào)控，該發(fā)現(xiàn)為未來自旋電子學的應用開辟了道路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種通過門電壓調(diào)控二維磁性半導體材料磁性能的方法。在二維磁性半導體材料居里溫度以下，通過對二維磁性半導體材料進行電子或空穴摻雜，使費米能級上下移動，由于多子、少子態(tài)密度的不同，導致靜磁矩的變化，實現(xiàn)了在不同的門電壓下磁學性質(zhì)的電調(diào)控。基于該方法設計的自旋場效應器件實現(xiàn)了門電壓對二維磁性半導體的磁性能調(diào)控，為未來超薄輕量化，柔性自旋場效應器件開創(chuàng)了新的研究方向。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種通過門電壓調(diào)控二維磁性半導體材料磁性能的方法，其特征在于：在二維磁性半導體材料居里溫度以下，通過對二維磁性半導體材料進行電子或空穴摻雜，實現(xiàn)在不同的門電壓下磁學性質(zhì)的電調(diào)控。

本發(fā)明所述通過門電壓調(diào)控二維磁性半導體材料磁性能的方法，其特征在于：所述二維磁性半導體材料為可以通過門電壓進行電子或空穴的摻雜的材料；所述二維磁性半導體材料為Cr₂Ge₂Te₆、CrSiTe₃、Cr₂Sn₂Te₆、K₂CuF₄、FePS₃、NiPS₃、MnPS₃、Fe₃GeTe₂、CrI₃、VSe₂二維層狀材料或二維原子晶體。所述二維磁性半導體材料的厚度在0.5nm-50nm，可以通過力學解理單晶塊體或化學生長等方式制備。

所述二維磁性半導體材料通過下列方法獲得：化學氣象沉淀、力學剝離解理、溶液中超聲剝離或化學剝離。

本發(fā)明還提供了一種基于所述方法的自旋場效應器件，其特征在于，其制備方式為：