具有磁电阻效应的磁性复合有机纳米颗粒膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于磁性薄膜材料技术领域，具体为一种具有巨磁电阻效应的磁性复合有机纳米颗粒膜及其制备方法。该薄膜材料是由磁性金属材料和有机半导体材料通过共蒸发的方法制备获得，磁性金属材料纳米颗粒均匀镶嵌于有机半导体基底中，表示为（Ａ）↓［ｘ］（Ｂ）↓［１－ｘ］，０．２８＜ｘ＜０．５６，其中Ａ为磁性金属材料，Ｂ为有机半导体材料。该薄膜材料可广泛用于磁传感器、磁存储、温度传感器等元器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁性薄膜
，具体涉及一种金属和有机半导体复合的颗粒膜及其制 备方法。
技术介绍
巨磁电阻效应，在磁传感器和磁存储领域里巳得到了广泛应用。但目前应用最广的还 是基于无机体系的磁性多层膜结构(自旋阀)和颗粒膜结构。利用这种无机体系的结构制 备的功能器件，尽管有较大的巨磁电阻效应，但是其制备工艺比较复杂，成本相对也较高。同时，由于有机材料在物理、化学特性和制备工艺方面相比无机材料有着独特优越性， 目前在学术界已开始得到广泛的关注。基于上述考虑我们制备并研究了一系列磁性金属与 有机半导体复合的纳米颗粒膜，并发现在该种材料中也具有巨磁电阻效应，可应用于相关 领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的具备巨磁电阻效应的材料体系一一磁性复合有机纳 米颗粒膜，并提供制备该薄膜的方法。本专利技术提供的磁性复合有机纳米颗粒膜，是由磁性金属材料(FM)和有机半导体材料 (OSC)通过共蒸发的方法制备获得，记为FM/OSC，由磁性金属材料纳米颗粒均匀镶嵌于 有机半导体基底中组成，表示为(A)x(B)Lx， x表示材料的质量份额参数，0.28<x<0.56，其 中A为磁性金属材料，B为有机半导体材料。磁性金属材料(FM)可以选择Fe,Co或Ni等，或者选用合金如FeNi或FeCo等。有机半导体材料(OSC)可以选择适合用蒸镀的方法制备的小分子材料如 三(8-羟基喹啉)铝(Alq3), N,N'-二苯基一N,N'-二(3-甲基苯基)—l，l'-联苯-4,4'-二胺(TPD), N,N'-二(1 -萘基)-N,N'-二苯基-1,1 '-联苯-4,4'-二胺(NPB)等。本专利技术的复合纳米膜具有如下特性(1) 通过微结构和磁性测试，分析其为磁性纳米颗粒膜结构；(2) 随着温度的降低，电阻率相应增大；(3) 具有负的巨磁电阻效应，且随着温度降低磁电阻效应增强；(4) 磁电阻效应与磁性金属含量紧密关联，通过改变含量可以调控其大小，且在某一合适金属比分的情况下，磁电阻效应会出现峰值。本专利技术提出的磁性复合有机纳米颗粒膜的制备方法如下采用真空热蒸发镀膜的工艺，真空度约lxl(r3Pa--lxlO-4Pa。将磁性金属材料和有机 半导体材料共沉积在清洗干净的绝缘衬底上如玻璃，形成20-1000nm厚度的磁性有机半 导体颗粒膜。通过调节二种材料的蒸发速率可控制薄膜中二种成分的体积比。其中， 一般 控制磁性金属材料的蒸镀速率为0.05A/s-5A/s之间，控制有机半导体的蒸镀速率为0.1A/s-ioA/s之间。本专利技术提供了新的磁性功能材料——磁性复合有机纳米颗粒膜，该材料具有巨磁电阻 效应，其电阻率随着温度降低急剧增加，并提供了制备该薄膜的方法。通过共蒸发的方法 将磁性金属与有机半导体蒸镀在基板上，形成颗粒膜结构。利用该种薄膜材料制成的磁传 感器和磁存储元器件，其工艺相对于无机体系的材料大为简化，成本降低，可用于磁传感 器和磁存储元器件或温度传感器，具有广阔的应用前景。 附图说明图1: COo.44(Alq3)o.56颗粒膜的磁电阻效应。图2: x=0.44的Cox(Alq3)^样品的电阻与温度关系图。 图3: x=0.44的CoXAlqA—x颗粒膜样品的HRTEM图。 具体实施例方式下面通过实施例来进一步说明本专利技术的制备技术方案，以便更好地理解本
技术实现思路
。 实施例1Co/Alq3纳米颗粒膜的制备a、 用于沉积的基片，采用载玻片，经过清洗后晾干，置入真空腔中。b、 用机械泵和分子泵将真空腔抽至较高真空，约5xlOPa。c、 真空腔底部配置两个蒸发源——有机半导体源和磁性金属材料源。通过对加热 电压和温度的调控，以及膜厚仪的实时监控，来控制成膜过程。磁性金属的蒸发速率，控 制在0.05-0.5A/s之间，有机材料的速率控制在0.1-1 A/s之间，并通过其相对速率来控制薄 膜组分。d、 利用物理特性测试系统(PPMS)对该样品进行磁电阻的测试，发现在低温下磁 性复合有机纳米颗粒膜随着x(金属体积比分)的增加，磁电阻效应先增加后减小，在 x=0.3-0.5的样品中有比较明显的巨磁电阻效应，同时，在r0.44样品中，达到最大值， -5.3%(T=30K)，见图1。e、 随着温度的升高磁电阻效应逐渐减小，在室温下约有0.3%的磁电阻效应。此外，随着温度的降低，其电阻率急剧增加，如图2。f、 利用Jeol JEM-2010的高分辨电子显微镜对样品进行观察，发现典型的颗粒膜 特征，如图3。g、 利用其磁电阻特性，可用于磁传感器和磁存储元器件。利用其电阻的温度特性， 可用于温度传感器。实施例2Co/TPD纳米颗粒膜的制备a、 用于沉积的基片，采用载玻片，经过清洗后晾干，置入真空腔中。b、 用机械泵和分子泵将真空腔抽至较高真空，约5xl0—4Pa。c、 真空腔底部配置两个蒸发源——有机源和金属源。通过对加热电压和温度的调 控，以及膜厚仪的实时监控，来控制成膜过程。磁性金属的蒸发速率，控制在0.05-0.5A/s 之间，有机材料的速率控制在0.1-lA/s之间，并通过其相对速率来控制薄膜组分。d、 利用物理特性测试系统(PPMS)对该样品进行磁电阻的测试，在x=0.28的样品 中巨磁电阻效应达到-1.1%(T=4.2K)。e、 随着温度的升高磁电阻效应逐渐减小，此外，随着温度的降低，其电阻率急剧 增加。该薄膜同样可以用于磁传感器和磁存储元器件。 实施例3Fe/Alq3纳米颗粒膜的制备a、 用于沉积的基片，采用载玻片，经过清洗后晾干，置入真空腔中。b、 用机械泵和分子泵将真空腔抽至较高真空，约5xl(^Pa。c、 真空腔底部配置两个蒸发源——有机源和金属源。通过对加热电压和温度的调 控，以及膜厚仪的实时监控，来控制成膜过程。磁性金属的蒸发速率，控制在0.05-0.5A/s 之间，有机材料的速率控制在0.1-lA/s之间，并通过其相对速率来控制薄膜组分。d、 禾i」用物理特性测试系统(PPMS)对该样品进行磁电阻的测试，在x=0.56的样品 中巨磁电阻效应达到-0.13% (T=30K)。e、 随着温度的升高磁电阻效应逐渐减小，此外，随着温度的降低，其电阻率急剧 增加。该薄膜同样可以用于磁传感器和磁存储元器件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有磁电阻效应的磁性复合有机纳米颗粒膜，其特征在于是由磁性金属材料和有机半导体材料通过共蒸发的方法制备获得，由磁性金属材料纳米颗粒均匀镶嵌于有机半导体基底中，表示为（Ａ）↓［ｘ］（Ｂ）↓［１－ｘ］，０．２８＜ｘ＜０．５６，其中Ａ为磁性金属材料，Ｂ为有机半导体材料。

【技术特征摘要】
1、一种具有磁电阻效应的磁性复合有机纳米颗粒膜，其特征在于是由磁性金属材料和有机半导体材料通过共蒸发的方法制备获得，由磁性金属材料纳米颗粒均匀镶嵌于有机半导体基底中，表示为(A)x(B)1-x，0.28＜x＜0.56，其中A为磁性金属材料，B为有机半导体材料。2、 根据权利要求1所述的具有磁电阻效应的磁性复合有机纳米颗粒膜，其特征在于 所述磁性金属材料选自Fe、Co或Ni，或者选自合金FeNi或FeCo;有机半导体材料选自三 (8-羟基喹啉)铝，^^-二苯基一>^^-二(3 —甲基苯基)一1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪刚，盛鹏，赵晓萌，树奇，殷建芳，吴俊奇，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]