具有电流调控磁电阻效应的Fe₃O₄/p-Si结构及制备方法

摘要

本发明涉及一种具有电流调控磁电阻效应的Fe304/p-Si结构及制备方法，结构是在p型Si单晶基底上生长Fe304；该异质结构在100K温度下、50kOe磁场下、1mA的电流范围内，最大磁电阻值可达40％。采用中科院沈阳科学仪器研制中心生产的三靶可调超高真空磁控溅射镀膜机，在强磁性靶头上安装一个纯度为99.99％的Fe靶，靶材的厚度2mm，直径60mm；靶与基片架之间的距离10cm；将p型Si单晶基底安装在位于靶头上方的基片架上；通过控制真空度、溅射气体、电流、电压，溅射时间等条件，获得p型Si单晶基底上生长的Fe3O4样品。与其它Fe3O4/Si结构的性能相比：本发明所制备的异质结构在小电流下具有较大磁电阻效应；所采用的方法为反应磁控溅射法，简单实用，有利于在工业生产上的推广。

主权项

一种具有电流调控磁电阻效应的Fe3O4/p‑Si结构，其特征是在电阻率为0.02Ωcm的p型Si单晶基底上生长Fe3O4；该结构在100K温度下、50kOe磁场下、1mA的电流范围内，最大磁电阻值可达40%；制备方法如下：1）采用中科院沈阳科学仪器研制中心生产的三靶可调超高真空磁控溅射镀膜机，在强磁性靶头上安装一个纯度为99.99%的Fe靶，靶材的厚度为2mm，直径为60mm；靶与基片架之间的距离为10cm；2）将p型Si单晶基底材料通过超声波的方式将表面杂质清除后，将p型Si单晶基底安装在位于靶头上方的基片架上；3）开启三靶可调超高真空磁控溅射镀膜机，先后启动一级机械泵和二级分子泵抽真空，直至溅射室的背底真空度优于8×10–6Pa；4）当溅射室的背底真空度优于8×10–6Pa时，向真空室通入纯度为99.999%的Ar和O2的混合气体，其中Ar气的流量为100sccm，O2气的流量为2.4sccm，将真空度保持在1Pa；5）将p型Si单晶基底温度以10℃/秒的速度升至500℃；6）待基底温度达到500℃并稳定后，打开控制基片架旋转的步进电机，使基片架与安装在基片架上的p型Si单晶基底以每分钟2圈的转速转动；7）开启溅射电源，在Fe靶上施加0.2A的电流和350V的直流电压，预溅射10分钟，等溅射电流和电压稳定；8）打开基片架下方的档板开始溅射，溅射过程中，p型Si单晶基底保持在500℃并一直以每秒钟2圈的转速转动；9）溅射15分钟后，关闭基片架下方的档板，然后关闭溅射电源，停止通入溅射气体Ar和O2，完全打开闸板阀，继续抽真空，关掉控制基片架旋转的步进电机，并且将p型Si单晶基底温度以5℃/min的降温速率降至室温，然后关闭真空系统；待系统冷却后，向真空室充入纯度为99.999%的氮气，直到溅射室内的气压达到一个标准大气压，停止通入氮气，打开真空室，取出p型Si单晶基底上生长的Fe3O4样品。