一种基于柔性石墨烯制造技术

本发明专利技术公开了一种一种基于柔性石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性石墨烯/铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件及制备方法


[0001]本专利技术属于磁敏感材料领域
，具体涉及到一种基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件及制备方法
。

技术介绍

[0002]磁敏感材料在许多领域中具有重要的应用，例如传感器
、
存储器
、
磁记录和能量转换器等
。
铁氧体作为一种常见的磁性材料，具有优异的磁性能和磁敏感性
。
然而，纯铁氧体薄膜在磁场测量中存在一些限制
。
首先，纯铁氧体薄膜的磁敏感性主要依赖于反常霍尔效应，该效应在较低的磁场范围内具有高灵敏度，但在较高磁场下信号幅值饱和或减小，导致量程较窄
。
其次，铁氧体薄膜的磁敏感性存在非线性区，这可能对精确的磁场测量造成困扰
。
[0003]石墨烯作为一种具有优异电学和力学性能的二维材料，在磁场传感器领域具有一些显著的优势，如快响应速度的，高灵敏度
、
柔性等特性
。
然而相对反常霍尔原理的磁敏感元件，其灵敏度还是相对较低，主要优势在于线性区间更广
。
[0004]为了克服纯铁氧体薄膜的限制，并进一步拓宽其应用范围，将石墨烯与铁氧体复合成柔性磁敏感薄膜具有重要意义
。
一方面，可以引入额外的霍尔效应，增强磁敏感性
。
另一方面石墨烯层能够实现铁氧体薄膜的界面改性，优化磁性材料反常霍尔曲线的线性度和灵敏度，从而拓宽了磁场测量的量程
。
[0005]因此，柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的研究旨在通过结合石墨烯和铁氧体的优势，克服纯铁氧体薄膜的局限性，提高磁敏感薄膜的线性度
、
灵敏度和量程，以满足更广泛的磁场测量需求
。
该技术的发展有望在传感器
、
磁存储器
、
磁传导器件等领域中发挥重要作用，并推动柔性电子器件的发展和应用
。

技术实现思路

[0006]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
。
[0007]鉴于上述和
/
或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术
。
[0008]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件
。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：包括，
[0010]衬底层
101
，为具有原子级平整的柔性衬底；
[0011]石墨烯层
102
，位于衬底层上，为具有霍尔效应的石墨烯材料；
[0012]薄膜层
103
，位于石墨烯层上，为刻制有十字霍尔巴形状并具有强反常霍尔效应的半金属铁氧体薄膜，厚度为
10
～
30nm。
[0013]其中，薄膜层的厚度太厚会降低反常霍尔效应的信号幅值，厚度太薄其磁性较弱，优选的为
15nm。
[0014]作为本专利技术所述基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件的一种优选方案，其中：所述柔性衬底材料包括氟金云母
、
超薄镍酸镧
、
表面镀
Ta
的聚酰亚胺中的一种
。
[0015]作为本专利技术所述基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件的一种优选方案，其中：所述半金属铁氧体薄膜材料包括
Fe3O4、CuFeO4、Co
x
Fe3‑
xO4,NiCo2O4中的一种
。
[0016]其中，薄膜层的半金属铁氧体薄膜材料为具有择优取向和较好结晶质量的半金属铁氧体薄膜，优选为
(111)
或
(001)
取向的高质量单晶薄膜，且不同磁敏感薄膜磁弹性系数的选择决定了其弯曲状态下性能的可调
/
稳定特性，可用于设计弯曲性能可调或稳定的柔性元件，优选的，采用对磁弹性系数较大的
Co
0.6
Fe
2.4
O4铁氧体薄膜，可在弯曲后实现反常霍尔曲线的线性区间增大
。
[0017]本专利技术的另一目的是，提供一种基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件的制备方法
。
[0018]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：包括，
[0019]通过表面抛光或二维层状剥离法预处理柔性衬底材料；
[0020]采用
CVD
沉积法在铜箔上生长石墨烯材料；
[0021]通过化学刻蚀铜箔将石墨烯剥离转移至柔性衬底材料，即在衬底层
101
上制得到石墨烯层
102
；
[0022]采用磁控溅射法在石墨烯层
102
上生长与衬底匹配的半金属铁氧体薄膜并采用原位退火工艺进行退火处理，得到薄膜层
300
；
[0023]通过标准光刻与等离子体刻蚀工艺在磁敏感薄膜上刻制十字霍尔巴形状，并在十字端口套刻电极，即得到霍尔元件
。
[0024]作为本专利技术所述基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件的一种优选方案，其中：所述半金属铁氧体薄膜的生长过程中，
20
～
80mTorr。
[0025]作为本专利技术所述基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件的一种优选方案，其中：所述半金属铁氧体薄膜通过磁控溅射法生长过程中，生长气压为
0.1
～
20Pa
，溅射气氛为
1:1
氧氩混合气
。
[0026]作为本专利技术所述基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件的一种优选方案，其中：所述原位退火的时间为
30
～
120min
，退火温度为
350℃
～
500℃。
[0027]其中，生长条件以及退火条件决定了薄膜的结晶质量，通过优化生长温度
、
沉积速率和气氛组成以获得具有所需晶体结构和理想界面的高质量薄膜
。
[0028]较低的生长气压有助于降低薄膜的垂直磁各向异性以提升磁敏感测量量程，，较高的生长气压可提升磁敏感测量的灵敏度，但线性度会降低
。
[0029]本专利技术的另一目的是，提供一种基于柔性石墨烯...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件，其特征在于：包括，衬底层
(101)
，为具有原子级平整的柔性衬底；石墨烯层
(102)
，位于衬底层上，为具有霍尔效应的石墨烯材料；薄膜层
(103)
，位于石墨烯层上，为刻制有十字霍尔巴形状并具有强反常霍尔效应的半金属铁氧体薄膜，厚度为
10
～
30nm。2.
如权利要求1所述的基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件，其特征在于：所述柔性衬底材料包括氟金云母
、
超薄镍酸镧
、
表面镀
Ta
的聚酰亚胺中的一种
。3.
如权利要求1所述的基于柔性石墨烯
/
铁氧体复合型磁敏感薄膜的霍尔元件，其特征在于：所述半金属铁氧体薄膜材料包括
Fe3O4、CuFeO4、Co
x
Fe3‑
xO4,NiCo2O4中的一种
。4.
如权利要求1～3任一所述霍尔元件的制备方法，其特征在于：包括，通过表面抛光或二维层状剥离法预处理柔性衬底材料；采用
CVD
沉积法在铜箔上生长石墨烯材料；通过化学刻蚀铜箔将石墨烯剥离转移至柔性衬底材料，即在衬底层
(101)
上制得到石墨烯层
(102)
；采用磁控溅射法在石墨烯层
(102)
上生长与衬底匹配的半金属铁氧体薄膜并采用原位退火工艺进行退火处理，得到薄膜层
(300)
；通过标准光刻与等离子体刻蚀工艺在磁敏感薄膜上刻制十字霍尔巴形状，并在十字端口套刻电极，即得到霍尔元件
。5.
如权利要求4所述霍尔元件的制备方法，其特征在于：所述半金属铁氧体薄膜通过磁控溅射法生长过程中，生长气压为

【专利技术属性】
技术研发人员：金庆忍，周柯，王晓明，奉斌，卢柏桦，姚知洋，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：