[发明专利]一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：包括，

参考层(100)，所述参考层(100)的材料为铁磁性金属；

势垒层(200)，所述势垒层(200)附着于所述参考层(100)下表面，所述势垒层(200)为单晶氧化物薄膜；以及，

自由层(300)，所述自由层(300)附着于所述势垒层(200)下表面，所述自由层(300)的材料为铁磁性金属。

2.如权利要求1所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述参考层(100)的材料包括Fe、CoFeB中的一种，所述参考层(100)厚度为10～20nm。

3.如权利要求1或2所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述势垒层(200)的材料包括MgO、MgAl₂O₄中的一种，所述势垒层(200)厚度为1～3nm。

4.如权利要求3所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述自由层(300)的材料与所述参考层(100)的材料相同，所述自由层(300)厚度为10～30nm。

5.如权利要求1、2、4中任一项所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述参考层(100)上表面还设有反铁磁层(400)，所述反铁磁层(400)的材料为反铁磁性材料；

所述反铁磁层(400)上表面还设有保护层(500)，所述保护层(500)采用抗氧化材料。

6.如权利要求5所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述反铁磁层(400)的材料包括IrMn、PtMn、FeMn中的一种，所述反铁磁层(400)的厚度为10～20nm；

所述保护层(500)的材料包括Al₂O₃、Pd、V中的一种，所述保护层(500)的厚度为5～10nm。

7.如权利要求1、2、4、6中任一项所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述自由层(300)的下表面还设有缓冲层(600)，所述缓冲层(600)采用与所述势垒层(200)相同的单晶氧化物薄膜，所述缓冲层(600)的厚度为10～30nm；

所述缓冲层(600)下表面还设有衬底层(700)，所述衬底层(700)采用与势垒层(200)相同的单晶氧化物材料。

8.如权利要求1～7中任一项所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器的制备方法，其特征在于：包括，

选取单晶氧化物绝缘材料并对其进行打磨、提取，制备出衬底层(700)；

采用同质外延法在衬底层(700)表面外延生长一层单晶氧化物薄膜作为缓冲层(600)；

采用分子束外延技术在缓冲层(600)上生长铁磁性金属薄膜，并进行热退火处理，作为自由层(300)；

采用分子束外延技术在自由层(300)上方沉积一层单晶氧化物薄膜，并进行热退火处理，作为势垒层(200)；

采用分子束外延技术在势垒层(200)上方生长出一层铁磁性金属薄膜作为参考层(100)；

采用磁控溅射技术在参考层(100)上方沉积反铁磁性材料，作为反铁磁层(400)；

采用真空反应蒸发法在反铁磁层(400)上方沉积氧化物绝缘薄膜作为保护层(500)。

9.如权利要求8所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：所述采用分子束外延技术，其中自由层和势垒层在50～60℃条件下进行，参考层在150～250℃条件下进行；所述进行热退火处理，温度为250～350℃。

10.如权利要求8或9所述的基于单晶势垒层磁性隧道结的热电转换器，其特征在于：还包括，

利用光刻技术进行刻蚀，将光致抗蚀剂涂在保护层(500)上；将光刻掩模板上确定好的图形复制在保护层(500)上，光致抗蚀剂在设定波长的光照下会发生化学腐蚀刻蚀掉未被掩膜版覆盖的部分，从而制备出多个单晶势垒层(200)磁性隧道结的阵列式单元；

采用串联的连接方式将阵列式单元的多个单晶势垒层(200)磁性隧道结用铜制导线相连。