[發明專利]一種范德瓦爾斯異質結型存儲器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202310032710.1
• 申請日: 2023-01-10
• 公開（公告）號: CN116033821A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 房景治;林本川;王碩;崔浩楠;俞大鵬
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H10N50/80
• 分類號: H10N50/80;H10N52/80;H10N52/00;H10N50/10;H10N50/01;H10N52/01
• 代理公司: 廣東金泰智匯專利商標代理事務所(普通合伙) 44721
• 代理人: 江麗嬌

1.一種范德瓦爾斯異質結型存儲器件，其特征在于，包括：

襯底；

設置于所述襯底之上的磁性拓撲絕緣體層；

設置于所述磁性拓撲絕緣體層之上的磁性絕緣體層，所述磁性絕緣體層橫跨在磁性拓撲絕緣體層之上；

設置于所述磁性拓撲絕緣體層之上的霍爾條型金屬電極，所述金屬電極的兩對霍爾電極位于磁性絕緣體層的兩側，縱向電極跨越該磁性絕緣體層；

所述磁性拓撲絕緣體層為具有本征反鐵磁性的二維層狀拓撲絕

緣體材料；

所述磁性絕緣體層為具有本征鐵磁性的二維層狀絕緣體材料。

2.如權利要求1所述的范德瓦爾斯異質結型存儲器件，其特征在于，所述具有本征反鐵磁性的二維層狀磁性拓撲絕緣體材料為MnBi₂Te₄，所述具有本征鐵磁性的二維層狀絕緣體材料為Cr₂Ge₂Te₆。

3.如權利要求1所述的范德瓦爾斯異質結型存儲器件，其特征在于，所述磁性拓撲絕緣體層的層數為奇數，表現出宏觀磁矩。

4.如權利要求1所述的范德瓦爾斯異質結型存儲器件，其特征在于所述襯底為硅和二氧化硅襯底，在硅層之上覆蓋有均勻的二氧化硅層，共同形成柵極和絕緣層，提供背柵電壓調控。

5.如權利要求1所述的范德瓦爾斯異質結型存儲器件，其特征在于所述金屬電極為鉻和金雙層金屬，鉻的厚度為1-10nm，金的厚度為30-150nm。

6.如權利要求2所述的范德瓦爾斯異質結型存儲器件，其特征在于所述磁性拓撲絕緣體材料MnBi₂Te₄的層數為3層至11層之間的奇數層，其中每層的厚度約為1.4納米；所述磁性絕緣體Cr₂Ge₂Te₆的厚度為0.8納米到50納米。

7.如權利要求1-6任一所述的范德瓦爾斯異質結型存儲器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

S101提供一襯底，在襯底上制備拓撲磁性絕緣體MnBi₂Te₄層；

S102制備磁性絕緣體Cr₂Ge₂Te₆層，并通過干法轉移的方式將其轉移至步驟S101的MnBi₂Te₄層之上形成異質結，其中Cr₂Ge₂Te₆層橫跨MnBi₂Te₄層；

S103將金屬電極以霍爾條結構的方式刻制在步驟S102制成的異質結上，并用六方氮化硼封裝；所述霍爾條結構可以同時提供縱向電阻和霍爾電阻的四端法測量。

8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于所述MnBi₂Te₄層和Cr₂Ge₂Te₆層通過機械剝離法自大塊單晶材料中獲得，大塊晶體的尺寸約0.1毫米到5毫米。

9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述機械剝離法是利用Scotch膠帶粘附大塊晶體，隨后將粘附有大塊晶體的Scotch膠帶放置于襯底上，去除膠帶后，即獲得所需厚度的MnBi₂Te₄層和Cr₂Ge₂Te₆層；在放置于襯底之前，需要對襯底進行預清洗，清洗方法為：利用空氣等離子體對襯底表面進行30秒到10分鐘的處理。

10.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于S103步驟所述霍爾條圖形的刻畫采用電子束曝光方法，金屬電極蒸鍍采用電子束蒸鍍，蒸鍍電極采用鉻和金雙層金屬電極。