一种判断Co基哈斯勒合金材料半金属属性的方法技术

一种判断Co基哈斯勒合金材料半金属属性的方法,属于材料的半金属材料检测技术领域。本发明专利技术通过测量材料的各向异性磁电阻比的正负来判断材料的半金属性，其各向异性磁电阻比的正负来判断通过以下步骤实现：通过调控溅射功率与溅射气压，将Co2FeSi薄膜的沉积速率稳定在0.0258nm/s，制备得到50纳米厚且在一定温度下退火的Co2FeSi薄膜，通过各向异性磁电阻比的正负来判断材料的半金属性。采用基于局域自旋密度泛函理论上的紧束缚线性muffin‑tin轨道方法计算验证了Co2FeSi薄膜的半金属性，Co2FeSi薄膜从非半金属性转变为具有半金属性。该方法薄膜结构简单，成膜工艺简单；器件制作简单可控，成本相对较低。

A method for judging semi metal properties of Co based Hassler alloy materials

A method for judging the semi metal properties of Co based Hassler alloy materials belongs to the detection technology field of semi metallic materials. The invention determines the semi gold property of the material by measuring the positive and negative of the anisotropic magnetoresistive ratio of the material, and determines that the deposition rate of the Co2FeSi film is stabilized at 0.0258nm/s by controlling the sputtering power and sputtering pressure by the positive or negative of the anisotropic magnetoresistive ratio. The preparation is prepared to obtain 50 nanometers thick and at a certain extent. Co2FeSi films annealed at elevated temperatures determine the semi gold properties of the material through the positive and negative ratio of the anisotropic magnetoresistance ratio. The semi gold properties of the Co2FeSi films are verified by the tight bound linear muffin tin orbit method based on the local spin density functional theory, and the Co2FeSi film is transformed from non semi metal to semi gold. The method has the advantages of simple structure, simple film forming process, simple and controllable device production, and relatively low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种判断Co基哈斯勒合金材料半金属属性的方法
本专利技术属于材料的半金属材料检测
，尤其与一种判断Co基哈斯勒合金材料半金属属性的方法有关。
技术介绍
半金属材料在磁电子器件，以及自旋注入半导体等自旋电子学领域有着广阔的应用前景，引起广大科技工作者的广泛关注。为了揭示一种材料是否具有半金属性，实验上通常采用制作电流垂直于膜面的巨磁电阻(CPP-GMR)，磁隧道结(MTJs)，自旋阀(non-localspin-valve)等纳米结构的器件或者制作点接触的安德鲁反射(pointcontactAndreevreflection)样品。Y.Sakuraba等为了验证Co基哈斯勒合金(Co2FeSi)的半金属性，首先采用磁控溅射方法制备磁性多层膜，首先在MgO衬底上沉积40纳米厚的Cr粘附层，随后沉积30纳米厚的Co基哈斯勒合金，接着沉积一定厚度的氧化铝或者MgO的隧道绝缘层，其后依次沉积5纳米的CoFe铁磁层，10纳米的IrMn钉扎层和5纳米的Ta保护层，薄膜结构复杂且薄膜质量要求很高，然后采用微加工方法，制备了测试所需的磁隧道结。制作过程中，多次采用了紫外线光刻、等离子刻蚀的办法，最终通过测试制备得到的隧道结器件的隧道磁电阻，推算出所用的Co基哈斯勒合金的自旋极化率，最终判断Co基哈斯勒合金的半金属属性。然而该制备工序的薄膜结构复杂且薄膜质量要求很高，制样工艺复杂，需要精确的过程控制。微加工所需工序复杂难控，且加工精度要求高，耗时长。
技术实现思路
针对现有的材料在检测是否具有半金属性存在的薄膜结构复杂且薄膜质量要求很高，制样工艺复杂等问题，而且使用薄膜加工相应的磁隧道结、巨磁电阻器件不可避免的涉及到昂贵、复杂且难以控制的微纳加工手段。本专利技术旨在提供一种测量材料的各向异性磁电阻，通过各向异性磁电阻比的正负来判断材料的半金属性的简单方法。为此，本专利技术采用以下技术方案：一种判断Co基哈斯勒合金材料半金属属性的方法，其特征是，通过测量材料的各向异性磁电阻比的正负来判断材料的半金属性，其各向异性磁电阻比的正负来判断通过以下步骤实现：通过调控溅射功率与溅射气压，将Co2FeSi薄膜的沉积速率稳定在0.0258nm/s，制备得到50纳米厚且在一定温度下退火的Co2FeSi薄膜，Co2FeSi薄膜从非半金属性转变为具有半金属性，采用基于局域自旋密度泛函理论上的紧束缚线性muffin-tin轨道方法计算验证了Co2FeSi薄膜的半金属性。作为对上述技术方案的补充和完善，本专利技术还包括以下技术特征。所述的判断Co基哈斯勒合金材料半金属属性的方法适用于点接触的安德鲁反射，巨磁电阻，自旋阀的测量，也可能适用于其他非Co基哈斯勒合金的半金属材料。本专利技术可以达到以下有益效果：本专利技术通过各向异性磁电阻比的正负来判断材料的半金属性的相关的制备工艺与方法，薄膜结构简单，成膜工艺简单；器件制作简单可控，成本相对较低。本专利技术专利对于点接触的安德鲁反射(pointcontactAndreevreflection)，巨磁电阻(GMR)，磁隧道结(MTJs)，自旋阀(non-localspin-valve)等纳米结构的器件的简化与各向异性磁电阻比的测量都属于专利保护范围。附图说明图1为本专利技术的真空中350-650℃退火20分钟后Co2FeSi薄膜的XRD图谱图。图2为图1中(002)对(004)峰以及(111)对(022)峰的强度比随退火温度的变化关系图。图3为不同温度退火后Co2FeSi薄膜的各向异性磁电阻比随测量温度的变化关系图。图4为测量温度为20K时，Co2FeSi薄膜的各向异性磁电阻比随电流与磁场方向夹角θ的变化关系图。图5为Co2FeSi薄膜自旋电子能态密度图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。本专利技术通过调控溅射功率与溅射气压，将Co2FeSi薄膜的沉积速率稳定在0.0258nm/s，制备了50纳米厚的不同温度下退火的Co2FeSi薄膜。如图1和图2所示，XRD图谱表明当温度提高到了350℃以上时，所有Co2FeSi薄膜都实现了垂直生长。根据(002)对(004)峰的强度比计算了薄膜的B2结构取向度，根据(111)对(022)峰的强度比(由于信号微弱，该结果通过极图方法测得)，本专利技术计算了薄膜的L21结构取向度，结果发现随着退火温度的增加，薄膜的B2,L21取向度逐渐增加，并且650℃退火以后达到了最大，分别为0.59,0.77。本专利技术通过PPMS测量了真空中不同温度退火20分钟后的各向异性磁电阻。如图3和图4所示，B2,L21取向度对薄膜的各向异性磁电阻比影响很大。可以看到，随着退火温度的升高，L21取向度的逐渐增大最终导致650℃退火的Co2FeSi薄膜各向异性磁电阻比发生突变，而这种突变根据分析正是由于Co2FeSi薄膜从非半金属性转变为具有半金属性。本专利技术采用基于局域自旋密度泛函理论上的紧束缚线性muffin-tin轨道方法计算判断了Co2FeSi薄膜的半金属性。计算发现：当退火温度比较低，薄膜的B2,L21取向度比较低，费米面处d态自旋电子以自旋向下为主，薄膜不具有半金属属性，计算结果如图5所示。当退火温度增加到650℃时，随着B2,L21取向度增加到一定数值，Co2FeSi薄膜的s-d散射逐渐从s↑→d↓变为s↑→d↑，薄膜开始呈现半金属属性。除了前面列出的磁隧道结(MTJs)，本方法同样适用于改进使用巨磁电阻(GMR)，自旋阀(non-localspin-valve)或者点接触的安德鲁反射(pointcontactAndreevreflection)样品来判断Co基哈斯勒合金材料的半金属性。此外，该方法也可能适用于其他非Co基哈斯勒合金的半金属材料。以上显示和描述了本专利技术的基本原理和主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种判断Co基哈斯勒合金材料半金属属性的方法，其特征是，通过测量材料的各向异性磁电阻比的正负来判断材料的半金属性，其各向异性磁电阻比的正负来判断通过以下步骤实现：通过调控溅射功率与溅射气压，将Co2FeSi薄膜的沉积速率稳定在0.0258nm/s，制备得到50纳米厚且在一定温度下退火的Co2FeSi薄膜，Co2FeSi薄膜从非半金属性转变为具有半金属性；采用基于局域自旋密度泛函理论上的紧束缚线性muffin‑tin轨道方法计算验证了Co2FeSi薄膜的半金属性。

【技术特征摘要】
1.一种判断Co基哈斯勒合金材料半金属属性的方法，其特征是，通过测量材料的各向异性磁电阻比的正负来判断材料的半金属性，其各向异性磁电阻比的正负来判断通过以下步骤实现：通过调控溅射功率与溅射气压，将Co2FeSi薄膜的沉积速率稳定在0.0258nm/s，制备得到50纳米厚且在一定温度下退火的Co2FeSi薄膜，Co2FeSi薄膜从非半金属性转变...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辅军，贾云杰，熊鹏，陈晓琴，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42