一种磁电阻效应开关晶体管制造技术

本发明专利技术描述了一种磁电阻效应开关晶体管结构极其制作方法，这种开关晶体管可在电场作用下，利用磁电阻效应，实现电路的开关控制。

【技术实现步骤摘要】

本
技术实现思路
涉及电子材料学科领域，描述了一种复合分子材料薄膜结构极其制作方法，这种薄膜可实现在电场作用下，常温下发生庞磁电阻效应。
技术介绍
20世纪50年代人类就已经发现了锰氧基化合物的庞磁电阻(colossal magnetoresistance, CMR)效应。继1989年发现磁性多层膜电阻(giant magnetoresistance, GMR)效应后，1993年，室温下在钙钛类ABO3结构衍生物 LaBaMnO3 (LBMO)也发现了 CMR 效应。由于锰氧基反铁磁(antiferromagnetism，AFM)化合物体系中得到CMR效应，常常需要在很低的温度下，加以很强的外部磁场，以及对外电场作用不敏感等特征，限制了 CMR应用。CMR的磁电阻效应(磁电阻变化率在106%以上)比GMR大的多，相关研究力图从两个方面寻求应用突破，1、努力找到更多的室温下AFM结构的应用材料；2、寻找其他方法， 如用电和光场间接控制AFM。应该注意的是1993年M. Johnson (Science 260，320，1993)提出自旋晶体管的概念设想。其基本结构和机理是在电极1-铁磁材料1-顺磁金属膜P电极2-铁磁材料2-电极3之间，通过改变铁磁材料2的偏压，控制铁磁材料2的磁场方向。当铁磁材料1和铁磁材料2出现同向平行的磁场趋势时，磁电阻变小，当铁磁材料1和铁磁材料2出现反向平行的磁场趋势时，磁电阻变大。本专利技术中技术方法是针对钙钛类反铁磁材料(FAM)和钙钛类四方相铁电材料(Ferroelectrics tetragonal, FET)组合的复合结构材料(Antiferromagnetism & Ferroelectrics，简称AFM-FET，或AFF)，即AFF薄膜，可与若干电极组成具有磁电阻效应的开关晶体管结构。这种晶体管可以在外电场控制下，通过改变偏压和方向，对AFM进行强制畸变，产生磁电阻导致的开关效应。有关AFF粉体及薄膜结构和部分机理已在其他专利申请中有所阐述。对于基于BaTi03/NdMn0s (或BaNdTiMn06)的AFF薄膜结构，本专利技术特点在于1、 利用AFF分子具有的特殊磁结构，在电场控制下，实现对电子导通的开关效应；2、利用这种 AFF效应，可以制作成具有单向导通的AFF 二极管；3、利用这种AFF效应，可以制作成两个 AFF 二极管组合的开关三极管；4、利用这种AFF效应，可以制作由二极管和三极管与其他器件集成的更加复杂的组合控制。
技术实现思路
本专利技术描述了一种钙钛类ABO3结构中的反铁磁分子(AFM)材料与钙钛类ABO3结构中的四方相铁电分子(FET)材料复合分子结构或其衍生物的AFF薄膜，与至少两个以上电极组成的具有磁电阻开关效应的AFF晶体管结构。这种AFF晶体管的结构特征在于其中，这种AFF薄膜中的AFF陶瓷粉体或其衍生物，其中至少包括BaTi03/ NdMnO3 (或BaNdTiMnO6)或其衍生物复合的AFF结构；其中，组成AFF陶瓷粉体或其衍生物化学结构的元素，A位元素至少包括以下元素的两种:Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 等；其中，组成AFF陶瓷粉体或其衍生物化学结构的元素，B位元素至少包括以下元素的两种:Ti, V, Cr, Mn，Fe，Co，Ni，Cu 等;其中，这种BaTi03/NdMn03(或BaNdTiMnO6)或其衍生陶瓷结构，其中至少包括 AI3O2，SiO2, TiO2等组成的玻璃相结构，其含量为AFF结构元素含量的1.8-8% (摩尔分数)；其中，电极至少包括两个导电电极层1-1，1-2和在此之间的AFF薄膜层1_3组成的晶体二极管，如附图说明图1所示结构；其中，将两个AFF晶体二极管串联，由电极层2-1，AFF薄膜层2_4，电极2_2，AFF 薄膜层2-5，电极2-3组成一个晶体三极管，如图2所示结构；其中，将两个由多个AFF晶体二极管组成的并联体进行串联，由端电极层(3-1， 3-2，3-3)，叠层结构的AFF薄膜层(3-4, 3-5)，内电极层(3-7, 3-8)，绝缘层3-6组成一个晶体三极管，如图3所示结构；其中，将晶体二极管或晶体三极管与其他器件集成组合，并与光导开关串联，可以组成光电一体的高速组合开关；这种AFF晶体管的物理特征在于如图4-a等效电路所示，AFF 二极管有两个导通(磁电阻低阻态)状态，即1，_1 态，以及一个断开(磁电阻高阻态)状态，即0态，这是由于在相同方向电场下，FET处于AFM 左侧或右侧所导致的；如图4-b，图4-c等效电路所示，两个AFF 二极管串联组成的三极管，将偏压Ul和 U2分别置于点a和点c，或点b和点c间，可以通过改变旁置电路电压Ul或U2，实现AFF三极管的磁电阻低阻态和高阻态控制。如图4-d所示，AFF三极管等效电路标识为TS-AFF (Transistor AFF)；如图5所示，AFF晶体管结构的FET与AFM特征关系，如果设定FET = 1，为AFM = 0 (高磁阻态)，当FET = -1时，AFM = -1 (低磁阻态)；如果设定 Τ = -1，为AFM = 0 (高磁阻态)，当FET = 1时，AFM = 1 (低磁阻态)；在电场正向和反向作用下，AFF晶体二极管发生高，低磁电阻变化的开关效应，等效从“开”到“关”，或从“关”到“开”状态；其中，在AFF晶体二极管处于“开”状态下，薄膜基态等效的电阻Ron,包含绝缘体电阻R1和磁电阻Rl磁电阻Rmk,很小；其中，在AFF晶体二极管处于“关”状态下，薄膜断态等效的电阻Rtw,包含绝缘体电阻R1和磁电阻Rkmw,磁电阻Rmmff很大，并且漏电很小；其中，基态电阻Rffl小于断态电阻Rqff ；其中，薄膜厚度增加，等效电阻R增加，耐压强度增加；其中，两个以上晶体二极管并联可以等效增加导通电流量；这种AFF晶体管的制备特征在于至少包括电极成膜，预固化，热压等工艺；其中，选择使用熟化或未熟化的AFF薄膜层，该层至少包括AFF粉体或其衍生物， 固化树脂等材料；其中电极成膜，在AFF层上下两面涂敷或喷溅电极层的制作过程中，至少使用以下导电金属其中一种，银，铝，金，铜，镍，锌，钯粉体或其合金组合形式，粉体颗粒 10-200nm ；其中，在AFF层与电极层涂敷涂敷或喷溅成膜制作过程中，至少使用以下流动助剂，包括，甘油，乙二醇，乙醇以及衍生物等材料；其中，对电极薄膜层预固化，涂敷厚度1-3 μ m，如温度为80-200°C之间，时间2_8 小时之间，没有开裂和卷曲；其中热压，对完成预固化的AFF层/电极层进行热压处理，包括热等静压处理，如温度270-320°C，压力5-80帕(bar)，时间2_4小时之间的范围。如果需要的话，也可以对多个AFF层和交错排布的电极层载体进行叠层热压；其中，如果使用未熟化的AFF薄膜层，AFF晶体管熟化，如图3，晶体管3_1两个正 /负电极3-2，经连接导线3-3，从保温箱体3-4的瓷孔3-5，分别连接到电源3_6，在电源提供的辅助电场下，如5-4000V范围的正向和反向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：纵坚平，
申请(专利权)人：纵坚平，
类型：发明
国别省市：