厘米级铬氧化物单晶及其制备方法和存储器件技术

本发明专利技术涉及单晶材料的制备领域，具体而言，涉及一种厘米级铬氧化物单晶及其制备方法和存储器件。该制备方法包括：利用等静压法对铬化合物和经过固相烧结形成的含铬的单相多晶物质的混合物进行造型，再利用激光浮区法生长形成厘米级铬氧化物单晶。通过上述方法能够制备得到厘米级的单晶，扩大其应用范围。

Centimeter chromium oxide single crystal and its preparation method and memory device

【技术实现步骤摘要】
厘米级铬氧化物单晶及其制备方法和存储器件
本专利技术涉及单晶材料的制备领域，具体而言，涉及一种厘米级铬氧化物单晶及其制备方法和存储器件。
技术介绍
铬化合物长期以来一直是一类备受关注的功能材料。由于其内部的铬离子存在磁有序，在与部分元素形成相关氧化物时会产生磁有序和电子有序共存的状态及相应的磁电耦合作用，即多铁特性。拥有这种特性的功能材料有望发展成为下一代信息存储器件的载体材料。众所周知，目前我们使用的磁性存储硬盘主要是通过产生磁场对磁盘表面进行磁化，从而形成磁畴来记录信息数据，这就需要大量的能量来产生相应的磁场。与传统存储方式不同的是，基于多铁特性的存储机制特别是第二类多铁特性，由于其内部材料存在比较强的磁和电的耦合作用，可以实现调制磁场控制铁电极化，更可以通过调节电场来操控磁极化，考虑到变化电场需要的能量比变化磁场小得多，这便可以有效地降低信息存储过程中的能耗。除此之外，多铁特性还提供了一条新的制备存储器的途径，即用电来写入存储信息并仍沿用磁随机存储器(MRAMs)的磁头读取信息，即“电写磁读”模式。由于多铁材料的磁电耦合作用，用这种材料制备的器件信息安全性更高，使用寿命更长。另一方面，由于铬元素本身是3d过渡金属元素，与镧系元素形成相关氧化物时，如ABO3结构，由于A位与B位的元素均带有净磁矩，两种磁序的相互作用会产生有趣的物理现象，如低温下的自旋重取向，以及自旋阻挫等现象，这一类低温磁现象是凝聚态物理学家们经常关注的科学问题。另外，铬元素还是研究室温铁磁半导体的主要候选元素，室温铁磁半导体的专利技术被美国《科学》杂志列入影响人类发展的125个关键问题之一，而针对铬化合物的铁磁半导体物理特性，科学家们做了大量尝试。要研究该类物理问题，就需要高质量的单晶体样品来从实验上进行表征，如确定晶体的晶轴和晶面取向，从而进行各向异性磁学、电学、光学和热学的相关表征。另外，还需要足够大尺寸的单晶体并利用中子衍射来获得材料倒易空间的晶体结构和磁有序结构。基于上面论述，寻找一种能够制备出高质量铬化合物单晶的方法，对新一代存储器件的发展，以及研究过渡金属之间强关联电子耦合的理论内涵具有重要的科学意义和潜在的工业应用价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种厘米级铬氧化物单晶及其制备方法和存储器件，通过该制备方法可以制备得到高质量的大尺寸的铬化合物单晶体，可应用于存储器件中。本专利技术是这样实现的：本实施例提供一种厘米级铬氧化物单晶的制备方法，包括：利用等静压法对铬化合物和经过固相烧结形成的含铬的单相多晶物质的混合物进行造型，再利用激光浮区法生长形成厘米级铬氧化物单晶。本实施例还提供一种厘米级铬氧化物单晶，其通过上述厘米级铬氧化物单晶的制备方法制备得到。本实施例还提供一种存储器件，其主要通过上述厘米级铬氧化物单晶的制备方法制备得到的厘米级铬氧化物单晶制备得到。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过利用固相烧结得到单相多晶物质，而后再利用静水压成型以及激光浮区法使得多晶物质变为单晶，且形成的单晶较大，能够达到厘米级，而单晶生长到厘米级别方便进行中子散射来研究其晶体结构和磁学性质，大尺寸的单晶便于大规模的刻蚀电路及完成相关器件工艺的批量化生产，会大大降低器件的制作成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术实施方式提供的激光浮区法形成厘米级铬氧化物单晶的结构示意图；图2为实施例1制备得到的铬氧化物单晶中的中子Laue衍射图谱；图3为实施例1制备得到的铬氧化物单晶的X射线衍射图谱；图4为实施例1实际生产的铬氧化物单晶的照片。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例提供一种厘米级铬氧化物单晶及其制备方法和存储器件具体说明。本专利技术实施例提供一种厘米级铬氧化物单晶的制备方法，包括：S1、制备单相多晶物质首先，将铬化合物与稀土氧化物混合后进行固相烧结形成所述单相多晶物质。具体地，将铬化合物与所述稀土氧化物混合后研磨1-2小时，且研磨是与锆石圆球混合进行研磨，保证物料混合均匀，同时，降低物料的粒径，有利于单相多晶物质的形成。研磨后进行多次烧结，且每次烧结后均进行X射线粉末检测，直至形成单相多晶物质，则不再进行烧结。进一步地，多次煅烧过程中后一次的煅烧温度高于前一次煅烧的温度，使未反应完全的反应物，结合更加致密化，更容易成键，从而使得化学反应充分完成，生成高纯的单相多晶物质。具体地，在空气氛围下，以100-200℃/小时的升温速率将温度升至1100℃，保温18-36小时，而后以100-200℃/小时的降温速率将温度降至100℃-200℃，而后自然冷却，接着研磨上一次煅烧的生产物，而后再以100-200℃/小时的升温速率将温度升至1200℃，保温18-36小时，而后以100-200℃/小时的降温速率将温度降至100℃-200℃，而后自然冷却。采用上述分阶段煅烧，保证煅烧效果，有利于单相多晶物质的形成。进一步地，稀土氧化物包括铈组稀土氧化物和钇组稀土氧化物；可选地，所述铈组稀土氧化物包括：镧，铈，镨，钕，钷，钐和铕中的任意一种铈组稀土元素形成的氧化物。可选地，钇组稀土氧化物包括：钆，铽，镝，钬，铒，铥，镱，镥和钇中的任意一种钇组稀土元素形成的氧化物。进一步地，铬化合物的摩尔用量为所述稀土氧化物的摩尔量的105-110％。铬化合物的用量高于稀土氧化物的用量，保证了即使固相烧结过程中，铬化合物有严重挥发，也能够保证单相多晶物质的形成。S2、造型；利用等静压法对铬化合物和经过固相烧结形成的含铬的单相多晶物质的混合物进行造型。具体地，将单相多晶物质与铬化合物混合，并利用锆石球研磨1-2小时形成混合物，其中，铬化合物的使用量为单相多晶物质的摩尔量的6-15％，添加铬化合物更有利于后续形成单晶物质，此处的用量表示的也为摩尔用量。而后进行造型，造型有利于后续激光浮区法时，单晶的生长，具体地，将混合物加入模具中依次进行加压和煅烧分别形成给料母棒和种子棒，优选地，在加压之前，排除所述模具中的所述混合物内的空气。排出混合物中的空气，防止在单晶形成过程中氧对晶体的生长和性能等造成不利影响。其中，加压包括：将压强增加至300-700个大气压，而后保持10-20分钟；烧结包括：在空气氛围下，以100-200℃每小时的升温速率升至1100-1300℃，保温12-36小时，以100-200℃的降温速率降至100-200℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种厘米级铬氧化物单晶的制备方法，其特征在于，包括：利用等静压法对铬化合物和经过固相烧结形成的含铬的单相多晶物质的混合物进行造型，再利用激光浮区法生长形成厘米级铬氧化物单晶。/n

【技术特征摘要】
1.一种厘米级铬氧化物单晶的制备方法，其特征在于，包括：利用等静压法对铬化合物和经过固相烧结形成的含铬的单相多晶物质的混合物进行造型，再利用激光浮区法生长形成厘米级铬氧化物单晶。


2.根据权利要求1所述的厘米级铬氧化物单晶的制备方法，其特征在于，所述铬化合物与所述单相多晶物质的混合物的制备步骤包括：将所述单相多晶物质与所述铬化合物混合，而后研磨1-2小时形成混合物；
优选地，所述铬化合物的使用量为所述单相多晶物质的摩尔量的6-15％。


3.根据权利要求1所述的厘米级铬氧化物单晶的制备方法，其特征在于，等静压法造型包括：将所述单相多晶物质与所述铬化合物的混合物加入模具中依次进行加压和煅烧分别形成给料母棒和种子棒。


4.根据权利要求3所述的厘米级铬氧化物单晶的制备方法，其特征在于，在加压之前，排除所述模具中的所述混合物内的空气；
优选地，加压包括：将绝对压强增加至300-700个大气压，而后保持10-20分钟；
优选地，烧结包括：在空气氛围下，以100-200℃每小时的升温速率升至1100-1300℃，保温12-36小时，以100-200℃的降温速率降至100-200℃，然后自然冷却至10-25℃。


5.根据权利要求4所述的厘米级铬氧化物单晶的制备方法，其特征在于，激光浮区法的操作步骤包括：
将所述给料母棒的一端和所述种子棒的一端接触，且所述给料母棒和所述种子棒以20-40转每分钟的转速反方向旋转，而后激光作用于所述给料母棒和所述种子棒接触的端部，使得接触的端部开始熔化，而后继续增加激光的功率，在所述给料母棒和所述种子棒接触的端部形成稳定的熔区，接着，给料母棒和种子棒同时以5-15毫米/小时的生长速率缓慢向下移动形成所述厘米级铬氧化物单晶；
优选地，功率增加的速率为1-2％/分钟，最终的功率增至激光器的最大功率的40-90％。


6.根据权利要求5所述的厘米级铬氧化物单晶的制备方法，其特征在于，所述给料母棒和所述种子棒相对设置，
优选地，所述给料母棒在所述种子棒上方；

【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，朱英浩，吴思，汤子康，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：澳门;82