[发明专利]一种大磁电阻效应Fe-Ti-O非晶态薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明半导体材料制备技术，特别是一种大磁电阻效应Fe-Ti-O非晶态薄膜的制备方法。

背景技术

1988年在Fe/Cr磁性多层膜中发现了巨磁电阻效应(Giant Magnetoresistance，GMR)，此工作获得2007年诺贝尔物理学奖。此后，在非均匀磁性体系(多层膜，颗粒膜，隧道结等)中陆续发现了许多新颖的物理现象，如遂穿型磁电阻(Tunnel Magnetoresistance，TMR)、巨霍耳效应、高矫顽力、高频软磁性等。因此，非均匀磁性体系中的自旋相关电子输运特性和磁性质的研究成为近年来材料科学和凝聚态物理学领域最为活跃的研究课题之一。

非均匀磁性体系，如反铁磁耦合的磁性多层膜、磁性金属-非磁性金属、磁性金属-绝缘体颗粒薄膜系统和磁性隧道结中的巨磁电阻效应(Giant Magnetoresistance，GMR)研究已经逐渐形成了一个新兴的交叉学科-自旋电子学(Spintronics)。自旋电子学通过将电子自旋存在两个不同状态(上和下)的性质应用于信息处理中，与使用正负电荷的现有信息处理相比，有望实现集成度高、耗电量低、处理速度高的电子元件。自旋电子学材料和器件的研究大致分为三个阶段，即以磁性多层膜、颗粒膜、隧道结和自旋阀为代表的GMR和TMR磁电阻效应及其器件的研究；以磁性半导体和稀磁半导体中自旋相关输运性能为对象的研究阶段；和以制备自旋电子学器件为目标的应用研究阶段。

田玉峰等人在Co-ZnO纳米颗粒薄膜中观察到低温(5K)大的正磁电阻效应，最大值可达811％，并且磁电阻的值与薄膜中Co的含量密切相关，他们认为正磁电阻效应的出现与自旋塞曼效应对自旋相关可变程跃迁抑制有关[ApplPhysLett92(2008)192109.]。德国研究小组在3d金属掺杂的ZnO薄膜中在5K时发现31％的正磁电阻[Thin Solid Films，2006，515：2549.]。日本东北大学科研小组在Co-C60复合薄膜中发现了低温大磁电阻现象，在适当的电流下最大可以达到85％[Appl Phys Lett，2006，89：113118.]。山东大学物理系的刘宜华教授在Fe-In₂O₃颗粒薄膜中发现了磁电阻的显著增强效应[JPhys：Condens Matter，2003，15：47.]。这些新体系中的磁电阻效应将成为新型自旋电子学器件的候选材料。然而，这些磁性金属元素-半导体体系中磁电阻效应及其变化规律的物理机制仍然不清楚，需要系统的深入研究来解明其微观物理机制，为其在自旋电子学器件的设计提供理论基础，同时丰富人们对磁电阻效应的理解。在前人的研究中并没有给出磁性金属元素掺杂二氧化钛薄膜磁电阻效应的研究结果。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种大磁电阻效应Fe-Ti-O非晶态薄膜的制备方法，该工艺方法工艺简单、易于实施，制得的薄膜具有较高的室温磁电阻效应；生产成本低，适于大规模推广应用。

本发明的技术方案：

一种大磁电阻效应Fe-Ti-O非晶态薄膜的制备方法，采用超高真空三靶共沉积磁控溅射镀膜机制备，本步骤如下：

1)在镀膜机的靶头上分别安装一个Ti靶和Fe靶；

2)将玻璃基底表面杂质清除后，安装基底架上，基片在上方，靶在下方，基片与靶的距离为13cm；

3)开启磁控溅射设备，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大于8.5×10^-6Pa；

4)向真空室通入O₂和Ar的混合气体，使得真空室中的真空度为1Pa；

5)开启溅射直流电源，分别在Ti靶Fe靶上施加电流和电压，预溅射20分钟，等溅射电流和电压稳定；

6)打开基片的挡板，同时以每分钟2转的速率转动基片架，在基片上生长铁掺杂二氧化钛非晶态薄膜；

7)生长薄膜15分钟后，关闭基片的挡板，基片架停止转动，然后关闭溅射电源，停止通入溅射气体Ar和O₂，继续抽真空半小时后关闭真空系统，然后向真空室充入纯度为99.999％的氮气，直到真空室的气压与外面大气压相同时，打开真空室取出制得的目标产品。

所述Ti靶和Fe靶的纯度均为99.99％，Ti靶的厚度为4mm，Fe靶的厚度为2.5mm，Ti靶和Fe靶的直径均为60mm。