[发明专利]基于钴-分子多铁材料的自旋过滤异质结器件及其制备

说明书

本发明涉及一种基于钴‑分子多铁材料的自旋过滤异质结器件及其制备，所述的自旋过滤异质结器件包括分别作为源极和漏极的两个钴电极，构成两个钴电极之间的中间散射区材料薄层的分子多铁材料(NH₄)₃Cr₂O₈，以及连接分子多铁材料(NH₄)₃Cr₂O₈两边的栅极，所述的两个钴电极均为金属材料钴形成的薄层。与现有技术相比，本发明由于分子多铁材料Cs(NH₄)CrO₈磁性中心铬离子(Cr⁵⁺)的3d轨道之间自旋相互作用，其与Co电极表面接触形成了独特的自旋过滤效应，此外，自旋过滤效应性能良好稳定，与器件的半导体衬底的种类无关，易于实现，可以普遍应用于分子半导体电子器件当中。

技术领域

本发明涉及自旋电子学器件技术领域，尤其是涉及一种基于钴-分子多铁材料体系的自旋过滤异质结器件及其制备。

背景技术

分子电子学研究的是分子水平上的电子学，其目标是用单个分子、超分子或分子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件组装逻辑电路，乃至组装完整的分子计算机。它的研究内容包括各种分子电子器件的合成、性能测试以及如何将它们组装在一起以实现一定的逻辑功能。同传统的固体电子学相比，分子电子学有着强大的优势。现行的微电子加工工艺在10年以后将接近发展的极限,线宽的不断缩小将使得固体电子器件不再遵从传统的运行规律；同时,线宽缩小也使得加工成本不断增加。分子电子学有望解决这些问题.在奔腾电脑芯片中1cm²的面积上可以集成107～108个电子元件,而分子电子学允许在同样大小的面积上集成1014个单分子电子元件，集成度的提高将使运算速度极大的提高。同时，由于分子电子学采用自下而上的方式组装逻辑电路,所使用的元件是通过化学反应大批量合成的，所以生产成本与传统的光刻方法相比将大大缩减.

分子电子学和自旋电子学两者结合起来产生一门新的学科将会集合分子电子学和自旋电子学各自的优点而具有更大的优势。这个新的交叉学科叫做分子自旋电子学(molecular spintronics).从基本原理和技术角度讲，操纵有机分子材料电子自旋的能力为自旋电子学的研究提供了新的便捷路线。这是由于有机分子有着非常弱的自旋轨道耦合和超精细相互作用(hyperfine interaction)的优势，这种优势可以使自旋相干(spincoherence)时间和距离要比传统的金属和半导体要长的多。改变电子的自旋状态所需的能量仅仅是推动电子运动所需能量的千分之一，显而易见，自旋电子学器件所耗能量与传统硅基半导体电子学相比微乎其微。目前,为了抢夺未来科技的制高点,许多发达国家都制定了发展纳米电子学和分子电子学的专项计划,投入了巨大的人力物力,同时也取得了一系列的突破。2001年12月21日,美国《科学》杂志将分子电子学所取得的一系列成就评为2001年十大科技进展之首。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于钴-分子多铁材料的自旋过滤异质结器件及其制备，能够在实现由分子多铁材料(NH₄)₃Cr₂O₈在钴电极的连接下，由于分子多铁材料(NH₄)₃Cr₂O₈的磁性中心铬离子(Cr⁵⁺)的3d轨道之间自旋相互作用，其氧原子表面与钴电极(Co)表面态之间耦合，导致该分子多铁异质结出现自旋过滤效应，该分子多铁隧道结有望用于制备高性能分子自旋电子学晶体器件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：