[發(fā)明專利]一種金屬/氧化物三層異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810811987.3
• 申請(qǐng)日: 2018-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN108962539B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 時(shí)鐘;李宇飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F10/32
• 分類號(hào): H01F10/32;H01F41/14;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/28;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 胡永宏

本發(fā)明公開了一種金屬/氧化物三層異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備方法，包括：在單晶硅或釓鎵石榴石襯底上，從下至上依次為鉑膜、釔鐵石榴石膜和氧化亞鈷膜，通過反鐵磁氧化物CoO進(jìn)行覆蓋形成三層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，對(duì)傳統(tǒng)鉑膜/釔鐵石榴石膜雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在同樣熱梯度條件下自旋熱電電壓可以提升100％，大大提高了自旋傳輸率，增強(qiáng)了器件的熱穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁性超薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可提高自旋熱電效應(yīng)大小的金屬/氧化物三層異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

自旋電子學(xué)是通過操縱電子自旋進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)的新興科學(xué)。自旋熱電效應(yīng)，是指在鐵磁/重金屬異質(zhì)結(jié)中，當(dāng)垂直樣品法線方向建立熱梯度，并使樣品磁矩沿面內(nèi)縱向排列時(shí)，在樣品面內(nèi)橫向建立電壓差的現(xiàn)象，在自旋電子學(xué)中有潛在的應(yīng)用價(jià)值，并有望將處理器中的焦耳熱加以回收利用，實(shí)現(xiàn)高能效比的自旋電子器件。傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)材料大多基于硅襯底或釓鎵石榴石襯底，從下至上為釔鐵石榴石膜和鉑膜的雙層膜異質(zhì)結(jié)，自旋熱電電壓和自旋傳輸率不高。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬/氧化物三層異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備方法，在單晶硅或釓鎵石榴石的襯底上，從下至上依次為鉑膜(Pt)、釔鐵石榴石膜(YIG)和氧化亞鈷膜(CoO)，對(duì)傳統(tǒng)鉑膜/釔鐵石榴石膜雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，通過反鐵磁氧化物CoO進(jìn)行覆蓋，形成三層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，在同樣熱梯度條件下自旋熱電電壓最高提升了100％，提高了自旋傳輸率，增強(qiáng)了器件的熱穩(wěn)定性。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種金屬/氧化物三層異質(zhì)結(jié)薄膜，以單晶硅或釓鎵石榴石為襯底，所述襯底上自內(nèi)至外依次為：鉑膜、釔鐵石榴石膜和氧化亞鈷膜；其中，

所述鉑膜的厚度為3～9nm；

所述釔鐵石榴石膜的厚度為15～90nm；

所述氧化亞鈷膜的厚度為1.5～6nm。

進(jìn)一步地，所述鉑膜的厚度為4～8nm，優(yōu)選為6nm。

進(jìn)一步地，所述釔鐵石榴石膜的厚度為30～75nm，優(yōu)選為50nm。

進(jìn)一步地，所述氧化亞鈷膜的厚度為3.0～4.5nm，優(yōu)選為4.0nm。

第二方面，上述金屬/氧化物三層異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法，具體地，包括以下步驟：

S1：將清洗好的襯底置于磁控濺射設(shè)備的濺射腔內(nèi)，抽真空至真空度為2.0×10^-5Pa時(shí)，通氬氣，并維持氬氣氣壓為1～3mtorr；在功率為50～70W、電流為100mA條件下直流磁控濺射Pt靶，得Pt膜；其中，濺射速率為

S2：待所述Pt膜生長完后靜置1h，取出樣品，并置于脈沖激光沉積設(shè)備的腔內(nèi)，抽真空至真空度為2.0×10^-6Pa，腔內(nèi)襯底溫度升至400℃，通氧氣，并維持氧氣氣壓為1.0～5.0Pa；在功率為70～90mW、電壓為18.5～20.5kV的條件下脈沖激光打擊YIG靶，得YIG膜；其中，激光重復(fù)頻率為1～8Hz；

S3：激光打擊完畢后，腔內(nèi)溫度自然降到常溫后取出樣品，在溫度為800～850℃的退火爐內(nèi)快速退火5～10min；

S4：將退火后的材料置于磁控濺射腔內(nèi)，抽真空至真空度為2.0×10^-5Pa時(shí)，通氬氣，維持氬氣氣壓在1～3mtorr；在功率為40～60W、電流為175mA的條件下直流磁控濺射Co靶，得Co膜；其中，濺射速率為

S5：待所述Co膜生長完后靜置1h，取出樣品，置于溫度為350～450℃的退火爐內(nèi)在氧氣氣氛中快速退火5～10min，所述Co膜氧化形成CoO膜，即得。