一种磁性质可调的全氧化物异质结及其制备方法技术

本发明专利技术属于异质结材料制备技术领域，具体涉及一种磁性质可调的全氧化物异质结及其制备方法，本发明专利技术所制备的La

【技术实现步骤摘要】
一种磁性质可调的全氧化物异质结及其制备方法


[0001]本专利技术属于异质结材料制备
，具体涉及一种磁性质可调的全氧化物异质结及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着信息存储技术的飞速发展，传统的用外磁场控制磁性的方法已经不能满足要求，人们对存储器件提出了高性能、非挥发、小型化、高速度、高密度、低功耗的发展要求，而对这种新型的随机存储器件的研究也一直是一个具有重大科学意义且颇具难度的课题。多铁性材料具有丰富、奇特的物理效应，正由于这种奇特的物理特性，多铁性材料在自旋电子器件、新型高密度储存器件、新型磁电耦合传感器件等方面都有广泛的应用前景。对于信息存储器件而言，用电场替代磁场以实现信息的高速度、低能耗写入是实现器件低功耗高性能的关键，对信息存储器件本身也是至关重要的。为了达到这一效果，可行并有效的方法就是利用多铁性材料及其磁电耦合效应。而且，基于多铁性材料的存储器件结合综合了电场写入的高速、低能耗特性、磁读取的高速以及非破坏性等优势，为实现高性能的“电写/磁读”式新型存储器件提供了依据。对多铁性材料及其磁电耦合效应的研究不仅涉及到物理上强关联电子体系的新问题，而且在实际应用方面，多铁性材料及其磁电耦合效应为新型的电子器件的设计提供了额外的自由度，大大拓宽多铁性材料的应用范围。阻变随机存储器(ReRAM)被认为是可以替代闪存的主要器件。在典型的ReRAM系统中，已经实现了准ns(纳秒)级的数据交换、高集成密度和三维叠加的快速方法。
[0003]从本质上来说，磁电效应的产生源于电子同时具有电荷和自旋的特性。具体说来，外场能够以静电力、静磁力和洛伦兹力的形式改变电子的物理状态，而电子的自旋状态对物质的磁性有决定性作用，电子的运动状态直接或间接地决定了物质的介电性质，这样就有可能通过电子移动和相互作用让外电场(磁场)与物质的磁性能(介电性质)关联，而且由于外场的施加方式、介质的物理特性以及载流子运动状态(束缚抑或巡游)的不同和电子
‑
电子相互作用、电子自旋与轨道之间的相互作用以及电子运动与晶格运动耦合等因素的存在。磁电耦合机制可以实现电荷载流子密度直接调控磁电的磁性，具有重要的应用价值，而且这种调控机制是在类似于场效应(FET)的铁磁/铁电异质结中，由强电场导致的磁性薄膜中自旋相关的载流子的富集或耗散，从而达到电场调控磁性的目的，该结果在近绝缘态的巨磁阻材料中实现。同时，相似的结果在稀磁半导体(DMS)材料中也同样被发现，由于这种机制跟电场或电极化相关，所以能表现出类似铁电材料电滞回线的回滞行为，有利于非挥发性的信息存储。但另一方面，调控要求磁性薄膜具有较低的载流子浓度(半导体或绝缘体)，以利于整个磁性薄膜的耗尽；而铁磁材料本身往往以导体为主，所以可选的材料有限，并且往往需要在低温才能实现调控效应，所以也不利于应用。绝大多数的磁性材料磁性较小，铁电材料的自发极化也较小，导致铁电相和铁磁相间的耦合效应并不显著，且具有较大的矫顽场。要想获得高的磁电转换系数，样品中的铁电材料应该具备高的压电系数，铁磁材料具备高的磁致伸缩特性，同时铁电、铁磁两相的电阻率要高，以防止漏电流过大。
[0004]因此，目前亟需一种室温下能表现出显著磁电耦合效应的新的多铁性复合材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种磁性质可调的全氧化物异质结及其制备方法。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0007]一种磁性质可调的全氧化物异质结，包括：
[0008]铁电层，所述铁电层的材质为铁电氧化物BaTiO3；
[0009]铁磁层，所述铁磁层设置在铁电层的上方，并作为顶电极；所述铁磁层的材质为铁磁金属氧化物La
0.7
Sr
0.3
MnO3；
[0010]半导体层，所述半导体层设置在铁电层的下方，并作为栅电极；所述半导体层的材质为n型掺杂氧化物Nb:SrTiO3。
[0011]进一步地，如上所述的全氧化物异质结，在室温下，铁磁层和铁电层之间的La
0.7
Sr
0.3
MnO3/BaTiO3界面处存在阳离子扩散和磁交换作用；当改变外加电场的方向，阳离子扩散将会改变界面处Mn
3+
/Mn4+比例，通过双交换作用来改变磁化强度，从而影响到La
0.7
Sr
0.3
MnO3的输运性质和磁性质。
[0012]进一步地，如上所述的全氧化物异质结，所述铁磁层的材质铁磁金属氧化物La
0.7
Sr
0.3
MnO3具有界面效应，界面效应本质上改变了界面的势垒高度，从而改变了矫顽力和磁化强度。
[0013]进一步地，如上所述的全氧化物异质结，所述半导体层的材料选用掺杂量为0.7wt％的Nb掺杂的SrTiO3(001)。
[0014]进一步地，如上所述的全氧化物异质结，所述铁电层的厚度为6u.c，所述铁磁层的厚度为20nm。
[0015]一种全氧化物异质结的制备方法，包括如下步骤：
[0016]S1、按比例称取氧化镧、碳酸锶、二氧化锰、二氧化钛，球磨后得到球磨粉体A；按比例称取钛酸钡球磨，球磨后得到球磨粉体B；
[0017]S2、将球磨粉体A、球磨粉体B分别压制成靶材，压好的靶材转移到干净的陶瓷片，置于管式炉中加热烧结，制备出La
0.7
Sr
0.3
MnO3及BaTiO3靶材；
[0018]S3、将BaTiO3沉积在Nb:SrTiO3衬底表面，得到BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结；
[0019]S4、对BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行一次光刻、电化学腐蚀，之后将靶材换成La
0.7
Sr
0.3
MnO3陶瓷靶材，La
0.7
Sr
0.3
MnO3沉积完成后进行退火处理，得到La
0.7
Sr
0.3
MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结；
[0020]S5、对La
0.7
Sr
0.3
MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行二次光刻、电化学腐蚀，得到La
0.7
Sr
0.3
MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结成品。
[0021]进一步地，步骤1)中，球磨按照粉体、球磨介质、酒精质量比为1：1.5：1进行；球磨粉体A、球磨粉体B和压制成靶材前，过滤干燥将预烧后的原料再次研磨充分。
[0022]进一步地，步骤2)中，压制成靶材的操作为：首先将球磨粉体装入模具，加少许酒精以增加适当的粘性，便于成靶；然后用油压机压靶，压强控制在20～25MPa；压制成型后靶材表面不能有明显的裂缝、分层、空洞缺陷，否则要再次研磨后重新压制；加热烧结的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性质可调的全氧化物异质结，其特征在于包括：铁电层，所述铁电层的材质为铁电氧化物BaTiO3；铁磁层，所述铁磁层设置在铁电层的上方，并作为顶电极；所述铁磁层的材质为铁磁金属氧化物La
0.7
Sr
0.3
MnO3；半导体层，所述半导体层设置在铁电层的下方，并作为栅电极；所述半导体层的材质为n型掺杂氧化物Nb:SrTiO3。2.根据权利要求1所述的全氧化物异质结，其特征在于，在室温下，铁磁层和铁电层之间的La
0.7
Sr
0.3
MnO3/BaTiO3界面处存在阳离子扩散和磁交换作用；当改变外加电场的方向，阳离子扩散将会改变界面处Mn
3+
/Mn4+比例，通过双交换作用来改变磁化强度，从而影响到La
0.7
Sr
0.3
MnO3的输运性质和磁性质。3.根据权利要求1所述的全氧化物异质结，其特征在于，所述铁磁层的材质铁磁金属氧化物La
0.7
Sr
0.3
MnO3具有界面效应，界面效应本质上改变了界面的势垒高度，从而改变了矫顽力和磁化强度。4.根据权利要求1所述的全氧化物异质结，其特征在于，所述半导体层的材料选用掺杂量为0.7wt％的Nb掺杂的SrTiO3(001)。5.根据权利要求1所述的全氧化物异质结，其特征在于，所述铁电层的厚度为6u.c，所述铁磁层的厚度为20nm。6.如权利要求书1～5任一项所述的全氧化物异质结的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按比例称取氧化镧、碳酸锶、二氧化锰、二氧化钛，球磨后得到球磨粉体A；按比例称取钛酸钡球磨，球磨后得到球磨粉体B；S2、将球磨粉体A、球磨粉体B分别压制成靶材，压好的靶材转移到干净的陶瓷片，置于管式炉中加热烧结，制备出La
0.7
Sr
0.3
MnO3及BaTiO3靶材；S3、将BaTiO3沉积在Nb:SrTiO3衬底表面，得到BaTiO3/Nb:SrTi...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立明，周健，徐立智，丁健翔，孙正明，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：