專利名稱:具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)材料材料,特別涉及一系列具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
背景技術(shù):
摻雜的錳酸鑭(LaMnO3)是具有巨磁電阻特性的功能性材料,如文獻(xiàn)1Ken-ichi Chahara,Toshiyuki Ohno,Masahiro Kafai and Yuzoo Kozono,Appl.Phys.Lett.63,1990(1993)所記載的。又如文獻(xiàn)2S.Jin,T.H.Tiefel,M.McCormack,R.A.Fastnacht,R.Ramesh,and L.H.Chen,Science 264,423(1994))記載的。該材料在磁記錄、磁頭和傳感器等方面的應(yīng)用,目前引起了人們的興趣和重視,如文獻(xiàn)3M.Rajeswari,A.Goyal,A.K.Raychaudhuri,M.C.Robson,G.C.Xiong,C.Kwon,R.Ramesh,R.L.Greene and T.Venkatesan,Appl.Phys.Lett.69,851(1996)中所介紹。但由于摻雜錳氧化物在室溫和低場條件下,其靈敏度還達(dá)不到實(shí)用的要求。為了探索相關(guān)的新材料和提高實(shí)用性,本申請人已獲得以下相關(guān)的異質(zhì)結(jié)材料的中國專利,專利號為ZL01104460.8;ZL02129247.7;ZL02129246.9)。在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn),異質(zhì)結(jié)材料不僅可以改進(jìn)和提高其磁電阻特性,而且隨著疊層的增加,其磁電阻特性也有疊加效應(yīng),尤其是利用氧空位摻雜效果更佳。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述已有摻雜錳氧化物存在在室溫和低場條件下,其靈敏度達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的要求的缺陷;從而提供一種具有高靈敏度、和達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的,摻雜錳氧化物和含有氧空位的鈦酸鍶或鈦酸鋇或鋁酸鑭薄膜進(jìn)行疊層制備的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料,包括襯底1、在襯底1上生長有摻雜錳氧化物層2、輔助層;其特征在于,在所述的摻雜錳氧化物層2上生長的輔助層;在輔助層面上生長有摻雜錳氧化物層2,摻雜錳氧化物層2上再生長輔助層,依次進(jìn)行疊層;所述的摻雜錳氧化物層層厚為0.8nm~5μm,其中摻雜錳氧化物層層厚為0.8nm~5μm;所述的輔助層的厚度為0.8nm~5μm。
在上述的技術(shù)方案中,所述的輔助層包括第一輔助層3、第二輔助層4或第三輔助層5;其中第一輔助層3為缺氧鈦酸鍶(SrTiO3-δ);第二輔助層4為缺氧鈦酸鋇(BaTiO3-δ);其中第三輔助層5為缺氧的鋁酸鑭(LaAlO3-δ);缺氧的鈦酸鍶、鈦酸鋇和鋁酸鑭是在10-7Pa——1Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ的范圍為0.01~0.5。
在上述的技術(shù)方案中,在所述的摻雜錳氧化物層2上生長第一輔助層3或第二輔助層4或第三輔助層5;再在第一輔助層3或第二輔助層4或第三輔助層5上生長有摻雜錳氧化物層2,摻雜錳氧化物層2上再生長第一輔助層3或第二輔助層4或第三輔助層5,依次進(jìn)行疊層,制得2層疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料;所述的摻雜錳氧化物層層厚為0.8nm~5μm,其輔助層厚度為0.8nm~5μm。
在上述的技術(shù)方案中,在所述的摻雜錳氧化物層2生長第一輔助層3;在第一輔助層3層面上生長有摻雜錳氧化物層2,摻雜錳氧化物層2上再生長第三輔助層5;然后以摻雜錳氧化物層2、第一輔助層3層、摻雜錳氧化物層2、第三輔助層5依次進(jìn)行疊層,制得3層摻雜錳氧化物層2與輔助層疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。所述的摻雜錳氧化物層層厚為0.8nm~5μm,其輔助層厚度為0.8nm~5μm。
在上述的技術(shù)方案中,在所述的摻雜錳氧化物層2生長第一輔助層3;在第一輔助層3層面上生長有摻雜錳氧化物層2,摻雜錳氧化物層2上再生長第二輔助層4;然后以摻雜錳氧化物層2、第一輔助層3層、摻雜錳氧化物層2、第二輔助層4進(jìn)行依次疊層;制備3層疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。所述的摻雜錳氧化物層層厚為0.8nm~5μm,其輔助層厚度為0.8nm~5μm。
在上述的技術(shù)方案中,在所述的摻雜錳氧化物層2生長第二輔助層4;在第二輔助層4層面上生長有摻雜錳氧化物層2,摻雜錳氧化物層2上再生長第三輔助層5;然后以摻雜錳氧化物層2→第二輔助層4層→摻雜錳氧化物層2→第三輔助層5進(jìn)行依次疊層;制備3層疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。所述的摻雜錳氧化物層層厚為0.8nm~5μm,其輔助層厚度為0.8nm~5μm。
所述的襯底(1)包括單晶硅(Si)、單晶鍺(Ge)、鈦酸鍶(SrTiO3)、摻雜鈦酸鍶、氧化鋯(ZrO2)、氧化鎂(MgO)、鋁酸鑭(LaAlO3)等。
所述的摻雜錳氧化物層2是R1-xAxMnO3,其中R包括La、Pr、Nb或Sm;A包括Sr、Ga、Ba、Pb、Sn、Te、Nb、Sb、Ta、Ce、或Pr;其x值為0.05~0.4;其層厚為0.8nm~5μm。
本發(fā)明的制備方法選用摻雜的錳氧化物和鈦酸鍶、鈦酸鋇、鋁酸鑭為原材料,使用激光分子束外延、脈沖激光淀積、磁控濺射等設(shè)備,及其常規(guī)制膜方法,把摻雜的錳氧化物和在低氧壓或背底真空條件下,進(jìn)行一層一層制備薄膜生長,疊層得到的異質(zhì)結(jié)薄膜材料。其中鈦酸鍶、鈦酸鋇、鋁酸鑭是在1×10-7Pa~1Pa氣壓范圍條件下制備薄膜得到的,采用不同的制膜氣壓,把δ的范圍控制在0.01~0.5之間。可以疊層的摻雜錳氧化物和缺氧鈦酸鍶、缺氧鈦酸鋇、缺氧鋁酸鑭可以是單晶或多晶薄膜材料。
所述的疊層就是把摻雜錳氧化物和鈦酸鍶、鈦酸鋇、鋁酸鑭進(jìn)行疊層??梢园褤诫s錳氧化物和鈦酸鍶或鈦酸鋇或鋁酸鑭進(jìn)行兩種材料的疊層,制備兩種材料異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的磁電阻異質(zhì)結(jié)材料。也可以把摻雜錳氧化物和鈦酸鍶與鋁酸鑭三種材料,進(jìn)行摻雜錳氧化物-鈦酸鍶-摻雜錳氧化物-鋁酸鑭三種材料周期性的交替疊層,或摻雜錳氧化物-鋁酸鑭-摻雜錳氧化物-鈦酸鍶三種材料周期性的交替疊層,制備三種材料的多層膜或超晶格結(jié)構(gòu)的磁電阻異質(zhì)結(jié)材料;也可以把摻雜錳氧化物和鈦酸鋇與鋁酸鑭三種材料,進(jìn)行摻雜錳氧化物-鈦酸鋇-摻雜錳氧化物-鋁酸鑭三種材料周期性的交替疊層,或摻雜錳氧化物-鋁酸鑭-摻雜錳氧化物-鈦酸鋇三種材料周期性的交替疊層,制備三種材料的多層膜或超晶格結(jié)構(gòu)的磁電阻異質(zhì)結(jié)材料;也可以把摻雜錳氧化物和鈦酸鍶與鈦酸鋇三種材料,進(jìn)行摻雜錳氧化物-鈦酸鍶-摻雜錳氧化物-鈦酸鋇三種材料周期性的交替疊層,或摻雜錳氧化物-鈦酸鋇-摻雜錳氧化物-鈦酸鍶三種材料周期性的交替疊層,制備三種材料的多層膜或超晶格結(jié)構(gòu)的磁電阻異質(zhì)結(jié)材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料是把摻雜錳氧化物和缺氧鈦酸鍶或缺氧鈦酸鋇或缺氧鋁酸鑭進(jìn)行兩種材料的疊層,制備兩種材料異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的磁電阻異質(zhì)結(jié)材料?;蛘呷N材料的疊層,制備三種材料異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的磁電阻異質(zhì)結(jié)材料。僅改變制膜氣壓就能控制鈦酸鍶、鈦酸鋇、鋁酸鑭中的氧含量,缺氧的鈦酸鍶、鈦酸鋇和鋁酸鑭由于氧空位而具有n型導(dǎo)電特性,把缺氧的n型鈦酸鍶、鈦酸鋇和鋁酸鑭與p型摻雜的錳氧化物疊層形成p-n異質(zhì)結(jié),把缺氧的n型鈦酸鍶、鈦酸鋇和鋁酸鑭與n型摻雜的錳氧化物疊層形成n-n異質(zhì)結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,由于p-n和n-n界面的作用,該異質(zhì)結(jié)在低場條件下具有高靈敏度的磁電阻效應(yīng),如圖3和4所示。如果選用三種材料的多層疊層,由于三種材料晶格的失配,摻雜鑭錳氧的上下表面分別受到拉和撐的作用,其界面對磁電阻的增強(qiáng)效應(yīng)更大,因而其效果更好。采取多層疊加,其界面效應(yīng)也有疊加作用,因此多層疊加的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)就可獲得更高靈敏度的磁電阻變化率。
如果使用摻雜的單晶硅或單晶鍺或鈦酸鍶等導(dǎo)電的材料做襯底,制備具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料,使用時可以直接從樣品的上下表面引出電極。如果使用絕緣的鈦酸鍶、氧化鋯、氧化鎂、鋁酸鑭等做襯底材料,制備具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料,使用時可以采用刻蝕的方法,把襯底上面的第一層薄膜材料刻蝕露出,從樣品的第一層薄膜和最后一層薄膜引出電極;因此制備方法簡單。
本發(fā)明提供的具有巨磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,具有低場高靈敏度的特點(diǎn),在磁記錄、磁頭和傳感器等方面具有非常廣泛的應(yīng)用。
圖1是本發(fā)明的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料的2疊層結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本發(fā)明的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料的3疊層結(jié)構(gòu)示意圖圖3、用La0.9Ga0.1MnO和SrTiO3-δ異質(zhì)結(jié)材料,在室溫和250Oe條件下,測得的磁電阻變化率。
圖4、用La0.6Ce0.4MnO3和LaAlO3-δ異質(zhì)結(jié)材料,在室溫和不同磁場條件下,測得的磁電阻變化率。
圖面說明1-襯底 2-摻雜錳氧化物層 3-第一輔助層4-第二輔助層 5-第三輔助層具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明實(shí)施例1參考圖1,制作一2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
用激光分子束外延設(shè)備,選用電阻率為2-6Ω.cm,2英寸單面拋光的n型單晶Si為襯底1,采用常規(guī)激光分子束外延工藝,在1×10-2Pa的氧氣條件下,在Si襯底1上外延生長250nm厚的La0.9Sr0.1MnO3薄膜做摻雜錳氧化物層2。然后在1×10-3Pa的氧氣條件下,在250nm厚的La0.9Sr0.1MnO3薄膜2上外延生長100nm厚的缺氧鈦酸鍶薄膜做第一輔助層3,在1×10-3Pa的氧氣條件下,制備的SrTiO3-δ薄膜其δ約為0.4。制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鈦酸鍶做第一輔助層3制成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例2按實(shí)施例1制備工藝,用BrTiO3-δ代替SrTiO3-δ做摻雜錳氧化物2,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鈦酸鋇層做的第二輔助層4,制成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例3按實(shí)施例1制備工藝,用LaAlO3-δ代替SrTiO3-δ做第三輔助層5,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭做的第三輔助層5,制得2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例4按實(shí)施例1制備工藝,用Nb摻雜的SrTiO3代替Si做襯底1,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鈦酸鍶層做第一輔助層3,制成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例5按實(shí)施例1制備工藝,用p型的Si3代替n型Si做襯底1,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鈦酸鍶3制成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例6按實(shí)施例1制備工藝,用p型的Ge代替n型Si做襯底1,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鈦酸鍶做第一輔助層3,制組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例7按實(shí)施例1制備工藝,用n型的Ge代替n型Si做襯底1,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鈦酸鍶做第一輔助層3,制成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例8按實(shí)施例1制備工藝,用SrTiO3代替n型Si做襯底1,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鈦酸鍶做第一輔助層3,制得的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例9按實(shí)施例1制備工藝,用LaAlO3代替n型Si做襯底1,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鈦酸鍶做第一輔助層3,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例10按實(shí)施例1制備工藝,用ZrO2代替n型Si做襯底(1),制備摻雜錳氧化物(2)和缺氧鈦酸鍶做第一輔助層3,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例11按實(shí)施例1制備工藝,用MgO2代替n型Si做襯底(1),制備摻雜錳氧化物(2)和缺氧鈦酸鍶層做第一輔助層3,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例12用激光分子束外延設(shè)備,選用20×20mm2的摻雜鈦酸鍶為襯底1,在1×10-3Pa的氧氣條件下,采用常規(guī)激光分子束外延工藝,在20×20mm2的摻雜鈦酸鍶襯底上外延生長0.8nm厚的La0.9Ga0.1MnO3薄膜做摻雜錳氧化物層2;在0.8nm厚的La0.9Ga0.1MnO3薄膜摻雜錳氧化物2上外延生長0.8nm厚的SrTiO3-δ薄膜做輔助層3;把0.8nm厚的La0.9Ga0.1MnO3摻雜錳氧化物薄膜層2和0.8nm厚的SrTiO3-δ薄膜做第一輔助層3,依次進(jìn)行交替疊層,疊層為100個周期,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鈦酸鍶層做第一輔助層3,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。其中缺氧的鈦酸鍶是在1×10-3Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ為0.01。
圖3是用本實(shí)施例的La0.9Ga0.1MnO和SrTiO3-δ異質(zhì)結(jié)材料,在室溫和250 Oe條件下,測得的磁電阻變化率。最大磁電阻變化率達(dá)到34%,遠(yuǎn)大于錳氧化物的磁電阻變化率。
實(shí)施例13用激光分子束外延設(shè)備,選用20×20mm2的摻雜鈦酸鍶為襯底1,在2×10-4Pa的氧氣條件下,采用常規(guī)激光分子束外延工藝,在20×20mm2的摻雜鈦酸鍶襯底1上外延生長5μm厚的La0.9Ba0.1MnO3薄膜做摻雜錳氧化物層2;在5μm厚的La0.9Ga0.1MnO3薄膜2上外延生長10nm厚的SrTiO3-δ薄膜層做第一輔助層3;把5μm厚的La0.9Ba0.1MnO3薄膜層2和10nm厚的SrTiO3-δ層做第一輔助層3,進(jìn)行交替疊層,疊層3個周期,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鈦酸鍶層的第一輔助層3,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。其中缺氧的鈦酸鍶是在2×10-4Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ為0.5。
實(shí)施例14用激光分子束外延設(shè)備,選用20×20mm2的摻雜鈦酸鍶為襯底1,在2×10-3Pa的氧氣條件下,采用常規(guī)激光分子束外延工藝,在20×20mm2的摻雜鈦酸鍶襯底1上外延生長5μm厚的La0.95Ti0.05MnO3薄膜做摻雜錳氧化物層2;在5μm厚的La0.95Ti0.05MnO3薄膜層2上外延生長5μm厚的BaTiO3-δ薄膜層做第二輔助層4;把5μm厚的La0.9Ba0.1MnO3薄膜2和5μm厚的BaTiO3-δ薄膜層層做第二輔助層4;進(jìn)行交替疊層,疊層2個周期,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鈦酸鋇層做第一輔助層3,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。其中缺氧的BaTiO3-δ、是在2×10-3Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ為0.3。
實(shí)施例15用激光分子束外延設(shè)備,選用50×50mm2的氧化鎂為襯底1,采用常規(guī)激光分子束外延工藝,在2×10-3Pa的氧氣條件下,在50×50mm2的氧化鎂襯底1上外延生長50nm厚的La0.6Ce0.4MnO3薄膜做摻雜錳氧化物層2;在50nm厚的La0.6Ce0.4MnO3薄膜(2)上外延生長20nm厚的LaAlO3-δ薄膜做第三輔助層5;把50nm厚的La0.6Ce0.4MnO3薄膜層2和20nm厚的LaAlO3-δ薄膜做第三輔助層5,依次進(jìn)行交替疊層,疊層為10個周期,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。其中缺氧的LaAlO3-δ是在2×10-3Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ為0.01~0.5之間均可以。
圖2是用上述La0.6Ce0.4MnO3和LaAlO3-δ異質(zhì)結(jié)材料,在室溫和不同磁場條件下,測得的磁電阻變化率。最大磁電阻變化率達(dá)到23%,遠(yuǎn)大于錳氧化物的磁電阻變化率。
實(shí)施例16按實(shí)施例15條件制備,用La0.65Ta0.35MnO3代替La0.6Ce0.4MnO3做摻雜錳氧化物2,制備摻雜錳氧化物2和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。其中缺氧的LaAlO3-δ是在2×10-3Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ為0.01~0.5之間均可以。
實(shí)施例17
按實(shí)施例16制備工藝,用La0.9Sb0.1MnO3代替La0.6Ce0.4MnO3做摻雜錳氧化物2,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例18按實(shí)施例16制備,用La0.6Nb0.4MnO3代替La0.6Ce0.4MnO3(做摻雜錳氧化物2,制備摻雜錳氧化物2層和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例19按實(shí)施例16條件制備,用BaTa0.05Ti0.95O3代替La0.6Ce0.4MnO3做摻雜錳氧化物層2,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例20按實(shí)施例16條件制備,用Ba0.95La0.05TiO3代替La0.6Ce0.4MnO3做摻雜錳氧化物2,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例21按實(shí)施例16條件制備,用La0.7Pb0.3MnO3代替La0.6Ce0.4MnO3做摻雜錳氧化物2,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例22按實(shí)施例16制備工藝,用La0.4Pb0.3Ga0.3MnO3代替La0.6Ce0.4MnO3做摻雜錳氧化物層2,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭第一輔助層5,組成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例23用激光分子束外延設(shè)備,選用2英寸的n型Si做襯底1,采用常規(guī)激光分子束外延工藝,在5×10-4Pa的氧氣條件下,制備3疊層的異質(zhì)結(jié)步驟如下(1)在2英寸的n型Si襯底1上外延生長20nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜做摻雜錳氧化物層2;(2)在20nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜層2上外延生長20nm厚的LaAlO3-δ薄膜做輔助層(5);(3)在20nm厚的LaAlO3-δ薄膜層5上外延生長20nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜層2;(4)在20nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜層2上外延生長20nm厚的SrTiO3-δ薄膜層做第一輔助層3;把步驟(1)、(2)、(3)、(4)作為一個周期進(jìn)行交替疊層,共疊層6個周期,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5與缺氧鈦酸鍶的第一輔助層3,做成的3疊層具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。其中缺氧的LaAlO3-δ或缺氧鈦酸鍶是在2×10-3Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ為0.01~0.5之間均可以。
實(shí)施例24按實(shí)施例23制備工藝,用BaTiO3-δ代替SrTiO3-δ做輔助層(4),制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭的第三輔助層5)與缺氧鈦酸鋇的第二輔助層4,做成的3疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例25按實(shí)施例23制備工藝,用BaTiO3-δ代替LaAlO3-δ做第二輔助層4,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鈦酸鋇的第二輔助層4與缺氧鈦酸鋇的第三輔助層5,做成的3疊層具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例26用脈沖激光沉積設(shè)備,選用2英寸的n型Si做襯底(1),采用常規(guī)激光沉積薄膜工藝,在5×10-4Pa的氧氣條件下,制備3疊層的異質(zhì)結(jié)步驟如下(1)在2英寸的n型Si襯底(1)上外延生長20nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜做摻雜錳氧化物層2);(2)在20nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜層2)上外延生長5nm厚的LaAlO3-δ薄膜做輔助層(5);(3)在5nm厚的LaAlO3-δ薄膜(5)上外延生長20nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜(2);(4)在20nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜層2)上外延生長5nm厚的SrTiO3-δ薄膜做輔助層(3);把步驟(1)、(2)、(3)、(4)作為一個周期進(jìn)行交替疊層,共疊層20個周期,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭第三輔助層5與缺氧鈦酸鍶的第一輔助層3,做成的3疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。其中缺氧的鈦酸鍶和鋁酸鑭是在5×10-4Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ的范圍為0.01~0.5均可以。
實(shí)施例27按實(shí)施例26制備工藝,選用磁控濺射的制膜方法,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭第三輔助層5與缺氧鈦酸鍶的第一輔助層3,做成的3疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例28用脈沖激光沉積設(shè)備,選用2英寸的n型Si做襯底(1),采用常規(guī)激光沉積薄膜工藝,在5×10-4Pa的氧氣條件下,制備三種材料的異質(zhì)結(jié)步驟如下(1)在2英寸的n型Si襯底(1)上外延生長20nm厚的SrTiO3-δ薄膜做輔助層(3);(2)在20nm厚的SrTiO3-δ薄膜(3)上外延生長5nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜做摻雜錳氧化物層2);(3)在5nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜(2)上外延生長20nm厚的LaAlO3-δ薄膜輔助層(5);(4)在20nm厚的LaAlO3-δ薄膜(5)上外延生長5nm厚的La0.7Ga0.3MnO3薄膜層2);把步驟(1)、(2)、(3)、(4)作為一個周期進(jìn)行依次交替疊層,共疊層20個周期,制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鋁酸鑭第三輔助層5與缺氧鈦酸鍶第一輔助層3,做成的3疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。其中缺氧的鈦酸鍶和鋁酸鑭是在5×10-4Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ的范圍為0.05或者是0.4均可以。
實(shí)施例29按實(shí)施例1制備,在1×10-7Pa的氧氣條件下,制備的缺氧的SrTiO3-δ第一輔助層3,在此條件下,SrTiO3-δ的δ為0.5。制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鈦酸鍶做第一輔助層3制成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
實(shí)施例30按實(shí)施例1制備,在1Pa的氧氣條件下,制備的缺氧的SrTiO3-δ第一輔助層3,在此條件下,SrTiO3-δ的δ為0.01。制備摻雜錳氧化物層2和缺氧鈦酸鍶做第一輔助層3制成的2疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
權(quán)利要求
1.具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,包括襯底、在襯底(1)上生長有摻雜錳氧化物層(2)、輔助層;其特征在于,在所述的摻雜錳氧化物層(2)上生長的輔助層;在輔助層面上生長有摻雜錳氧化物層(2),摻雜錳氧化物層(2)上再生長輔助層,依次進(jìn)行疊層;所述的摻雜錳氧化物層(2)層厚為0.8nm~5μm;所述的輔助層的厚度為0.8nm~5μm。
2.按權(quán)利要求
1所述的具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,其特征在于所述的輔助層包括第一輔助層(3)、第二輔助層(4)或第三輔助層(5);其中第一輔助層(3)為缺氧鈦酸鍶SrTiO3-δ;第二輔助層(4)為缺氧鈦酸鋇BaTiO3-δ;其中第三輔助層(5)為缺氧的鋁酸鑭LaAlO3-δ;缺氧的鈦酸鍶、鈦酸鋇和鋁酸鑭是在10-7Pa——1Pa范圍氣壓條件下制備薄膜得到的,其中δ的范圍為0.01~0.5。
3.按權(quán)利要求
1所述的具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,其特征在于在所述的摻雜錳氧化物層(2)上生長第一輔助層(3);在第一輔助層(3)上生長有摻雜錳氧化物層(2),摻雜錳氧化物層(2)上再生長第一輔助層(3)或第二輔助層(4)或第三輔助層(5);再在第一輔助層(3)或第二輔助層(4)或第三輔助層(5)上生長有摻雜錳氧化物層(2),摻雜錳氧化物層(2)上再生長第一輔助層(3)或第二輔助層(4)或第三輔助層(5),依次進(jìn)行疊層,制得2層疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
4.按權(quán)利要求
1所述的具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,其特征在于在所述的摻雜錳氧化物層(2)生長第一輔助層3;在第一輔助層3層面上生長有摻雜錳氧化物層(2),摻雜錳氧化物層(2)上再生長第三輔助層5;然后以摻雜錳氧化物層2、第一輔助層3層、摻雜錳氧化物層(2)、第三輔助層5依次進(jìn)行疊層,制得3層摻雜錳氧化物層2與輔助層疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
5.按權(quán)利要求
1所述的具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,其特征在于在所述的摻雜錳氧化物層(2)生長第一輔助層(3);在第一輔助層(3)層面上生長有摻雜錳氧化物層(2),摻雜錳氧化物層(2)上再生長第二輔助層(4);然后以摻雜錳氧化物層(2)、第一輔助層(3)、摻雜錳氧化物層(2)、第二輔助層(4)進(jìn)行依次疊層;制備3層疊層的具有磁電阻特性的異質(zhì)結(jié)材料。
6.按權(quán)利要求
1所述的具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,其特征在于在所述的摻雜錳氧化物層(2)生長第二輔助層(4);在第二輔助層(4)層面上生長有摻雜錳氧化物層(2),摻雜錳氧化物層(2)上再生長第三輔助層(5);然后以摻雜錳氧化物層(2)、第二輔助層(4)、摻雜錳氧化物層(2)、第三輔助層(5)進(jìn)行依次疊層。
7.按權(quán)利要求
1所述的具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,其特征在于所述的襯底(1)包括單晶硅、單晶鍺、鈦酸鍶(、摻雜鈦酸鍶、氧化鋯、氧化鎂、鋁酸鑭。
8.按權(quán)利要求
1所述的具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,其特征在于所述的摻雜錳氧化物(2)是R1-xAxMnO3,其中R包括La、Pr、Nb或Sm;A包括Sr、Ga、Ba、Pb、Sn、Te、Nb、Sb、Ta、Ce、或Pr;其x值為0.05~0.4;其層厚為0.8nm~5μm。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種具有磁電阻特性的新型異質(zhì)結(jié)材料,包括在襯底上生長有摻雜錳氧化物層,在所述的摻雜錳氧化物層上生長的輔助層;在輔助層面上生長有摻雜錳氧化物層,摻雜錳氧化物層再生長輔助層,依次進(jìn)行疊層;制備兩種材料異質(zhì)結(jié)磁電阻材料。也可以把摻雜錳氧化物和鈦酸鍶與鋁酸鑭或鈦酸鍶與鈦酸鋇、或鈦酸鋇與鋁酸鑭的三種材料,進(jìn)行周期性的交替疊層,制備三種材料的多層膜或超晶格結(jié)構(gòu)的磁電阻異質(zhì)結(jié)材料,其中摻雜錳氧化物層層厚為0.8nm~5μm,輔助層的厚度為0.8nm~5μm。上述異質(zhì)結(jié)材料具有低場高靈敏度磁電阻特性,即使在室溫也具有大于30%的磁電阻變化率,在磁記錄、磁頭和傳感器等方面具有非常廣泛的應(yīng)用。
文檔編號H01L43/10GK1992366SQ200510135499
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月31日
發(fā)明者呂惠賓, 何萌, 趙昆, 黃延紅, 金奎娟, 劉國珍, 邢杰, 陳正豪, 周岳亮, 楊國楨 申請人:中國科學(xué)院物理研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan