一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器及其制备方法，包括，参考层，所述参考层的材料为铁磁性金属；势垒层，所述势垒层附着于所述参考层下表面，所述势垒层为单晶氧化物薄膜；以及自由层，所述自由层附着于所述势垒层下表面，所述自由层的材料为铁磁性金属。本发明专利技术的器件为纳米级别器件，体积小，克服了传统热电转换器体积较大的缺点；该器件的结构使得其不存在接合材料与热电转换元件的连接被破坏的问题，因此克服了使用寿命短的问题；该器件可以利用外加磁场的变化来改变磁塞贝克系数，进而可以调控热电转换的效率。进而可以调控热电转换的效率。进而可以调控热电转换的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器及其制备方法


[0001]本专利技术属于热电转换
，具体涉及到一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器及其制备方法。

技术介绍

[0002]热电转换技术是新能源技术的一种，它是指由温度差而产生电势差的现象，进而实现把热能直接转换为电能。传统热电转换器的元器件是由p型和n型半导体元件并联组成的π型热电偶结构。这类元件器的体积大、热电转换模块的使用寿命短，上述缺点限制了热电转换器的应用。此外，传统的热电转换器在制备完成后难以改变磁塞贝克系数，进而无法对热电转换效率加以调控。

技术实现思路

[0003]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0004]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0005]本专利技术的其中一个目的是提供一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，体积小，不存在接合材料与热电转换元件的连接被破坏的问题，可以调控热电转换的效率。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，包括，
[0007]参考层，所述参考层的材料为铁磁性金属；
[0008]势垒层，所述势垒层附着于所述参考层下表面，所述势垒层为单晶氧化物薄膜；以及，/>[0009]自由层，所述自由层附着于所述势垒层下表面，所述自由层的材料为铁磁性金属。
[0010]作为本专利技术基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的一种优选方案，其中：所述参考层的材料包括Fe、CoFeB中的一种，所述参考层厚度为10～20nm。
[0011]作为本专利技术基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的一种优选方案，其中：所述势垒层的材料包括MgO、MgAl2O4中的一种，所述势垒层厚度为1～3nm。
[0012]作为本专利技术基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的一种优选方案，其中：所述自由层的材料与所述参考层的材料相同，所述自由层厚度为10～30nm。
[0013]作为本专利技术基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的一种优选方案，其中：所述参考层上表面还设有反铁磁层，所述反铁磁层的材料为反铁磁性材料；
[0014]所述反铁磁层上表面还设有保护层，所述保护层采用抗氧化材料。
[0015]作为本专利技术基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的一种优选方案，其中：所述反铁磁层的材料包括IrMn、PtMn、FeMn中的一种，所述反铁磁层的厚度为10～20nm；
[0016]所述保护层的材料包括Al2O3、Pd、V中的一种，所述保护层的厚度为5～10nm。
[0017]作为本专利技术基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的一种优选方案，其中：所述自由层的下表面还设有缓冲层，所述缓冲层采用与所述势垒层相同的单晶氧化物薄膜，所述缓冲层的厚度为10～30nm；
[0018]所述缓冲层下表面还设有衬底层，所述衬底层采用与势垒层相同的单晶氧化物材料。
[0019]本专利技术的另一个目的是提供如上述所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的制备方法，包括，
[0020]选取单晶氧化物绝缘材料并对其进行打磨、提取，制备出衬底层；
[0021]采用同质外延法在衬底层表面外延生长一层单晶氧化物薄膜作为缓冲层；
[0022]采用分子束外延技术在缓冲层上生长铁磁性金属薄膜，并进行热退火处理，作为自由层；
[0023]采用分子束外延技术在自由层上方沉积一层单晶氧化物薄膜，并进行热退火处理，作为势垒层；
[0024]采用分子束外延技术在势垒层上方生长出一层铁磁性金属薄膜作为参考层；
[0025]采用磁控溅射技术在参考层上方沉积反铁磁性材料，作为反铁磁层；
[0026]采用真空反应蒸发法在反铁磁层上方沉积氧化物绝缘薄膜作为保护层。
[0027]作为本专利技术基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的制备方法的一种优选方案，其中：所述采用分子束外延技术，其中自由层和势垒层在50～60℃条件下进行，参考层在150～250℃条件下进行；所述进行热退火处理，温度为250～350℃。
[0028]作为本专利技术基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的制备方法的一种优选方案，其中：还包括，
[0029]利用光刻技术进行刻蚀，将光致抗蚀剂涂在保护层上；将光刻掩模板上确定好的图形复制在保护层上，光致抗蚀剂在设定波长的光照下会发生化学腐蚀刻蚀掉未被掩膜版覆盖的部分，从而制备出多个单晶势垒层磁性隧道结的阵列式单元；
[0030]采用串联的连接方式将阵列式单元的多个单晶势垒层磁性隧道结用铜制导线相连。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0032]本专利技术的器件为纳米级别器件，体积小，克服了传统热电转换器体积较大的缺点；该器件的结构使得其不存在接合材料与热电转换元件的连接被破坏的问题，因此克服了使用寿命短的问题；该器件可以利用外加磁场的变化来改变磁塞贝克系数，进而可以调控热电转换的效率。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0034]图1为本专利技术实施例1的结构示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例2的结构示意图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0037]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0038]其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0039]实施例1
[0040]如图1所示，为本实施例1提供的一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其自上而下依次为保护层500、反铁磁层400、参考层100、势垒层200、自由层300、缓冲层600和衬底层700；具体应用中需要在器件上下两侧建立稳定的温度差(ΔT)。
[0041]此基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器具体制备方法为：
[0042](1)制备衬底层700：单晶氧化物绝缘材料选择单晶氧化镁，并对其进行打磨、清洗、干燥、提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：包括，参考层(100)，所述参考层(100)的材料为铁磁性金属；势垒层(200)，所述势垒层(200)附着于所述参考层(100)下表面，所述势垒层(200)为单晶氧化物薄膜；以及，自由层(300)，所述自由层(300)附着于所述势垒层(200)下表面，所述自由层(300)的材料为铁磁性金属。2.如权利要求1所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述参考层(100)的材料包括Fe、CoFeB中的一种，所述参考层(100)厚度为10～20nm。3.如权利要求1或2所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述势垒层(200)的材料包括MgO、MgAl2O4中的一种，所述势垒层(200)厚度为1～3nm。4.如权利要求3所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述自由层(300)的材料与所述参考层(100)的材料相同，所述自由层(300)厚度为10～30nm。5.如权利要求1、2、4中任一项所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述参考层(100)上表面还设有反铁磁层(400)，所述反铁磁层(400)的材料为反铁磁性材料；所述反铁磁层(400)上表面还设有保护层(500)，所述保护层(500)采用抗氧化材料。6.如权利要求5所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述反铁磁层(400)的材料包括IrMn、PtMn、FeMn中的一种，所述反铁磁层(400)的厚度为10～20nm；所述保护层(500)的材料包括Al2O3、Pd、V中的一种，所述保护层(500)的厚度为5～10nm。7.如权利要求1、2、4、6中任一项所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述自由层(300)的下表面还设有缓冲层(600)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：方贺男，李功照，黄旭东，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：