[发明专利]金属/Mn:TiO2/Nb:SrTiO3/金属异质结的制备及电场调控磁性的方法

摘要

本发明公开了一种金属/Mn:TiO2/Nb:SrTiO3/金属异质结的制备及电场调控磁性的方法。将Nb:SrTiO3衬底清洗后，在氧等离子体辅助分子束外延生长，在Nb:SrTiO3衬底的上下表面利用掩膜板分别溅射金属薄膜或其他化合物薄膜以作为上下电极。金属/Mn:TiO2/Nb:SrTiO3/金属异质结未施加偏压时，通过SQUID测量其磁性质;当对金属/Mn:TiO2/Nb:SrTiO3/金属异质结施加一反向偏压使其处于低阻态后，SQUID测试其磁性质；当对异质结施加一偏压使其处于高阻态后，SQUID测试其磁性质；能综合分析这一电场诱导与控制的铁磁性的物理实质。本发明是基于调控氧空位浓度实现金属/Mn:TiO2/Nb:SrTiO3/金属异质结电场控制磁性的方法,对下一代自旋电子器件的应用有着非常重要作用。

主权项

一种金属/ Mn:TiO2/ Nb:SrTiO3/金属异质结电场调控磁性的方法，其特征在于金属/ Mn:TiO2/ Nb:SrTiO3/金属异质结未施加偏压时，通过超导电子干涉仪即SQUID测量其磁性质;当对金属/M Mn:TiO2/ Nb:SrTiO3/金属异质结施加一反向偏压使其处于低阻态后，SQUID测试其磁性质；当对异质结施加一偏压使其处于高阻态后，SQUID测试其磁性质；能综合分析这一电场诱导与控制的铁磁性的物理实质；所述金属/ Mn:TiO2/ Nb:SrTiO3/金属异质结具体步骤为：  （1）Nb:SrTiO3衬底先用无水丙酮去油，把Nb:SrTiO3衬底放入无水丙酮中用超声波清洗器清洗10‑15分钟，接着先后用无水乙醇和去离子水清洗Nb:SrTiO3衬底，去除Nb:SrTiO3衬底表面吸附的灰尘和碳粉颗粒，使Nb:SrTiO3衬底表面平整而光滑，为薄膜的生长提供最佳的条件；    （2）将金属Mn和金属Ti放入超高真空等离子体源辅助的分子束外延设备的坩锅里，设定气压为1×10‑9‑5×10‑9mbar之间，把步骤（1）所得的Nb:SrTiO3衬底和自制的样品托放入分子束外延设备准备室，直到分子束外延设备生长室的真空度与分子束外延设备准备室的真空度接近时，把Nb:SrTiO3衬底送入分子束外延设备生长室的自制的样品托上固定；将Nb:SrTiO3衬底放入分子束外延设备生长室后，在500‑600℃的温度下用氧等离子对Nb:SrTiO3衬底表面进行处理15‑20分钟；（3）保持分子束外延设备生长室处于一个稳定的真空环境后，使Nb:SrTiO3衬底的温度保持在400‑500℃；得到一个干净平整的Nb:SrTiO3衬底表面；与此同时我们也加热金属Mn和金属Ti，通过热电偶测量金属Mn和金属Ti的温度，使金属Mn和金属Ti的温度达到我们预期设定的条件；另一方面，点燃氧等离子体发生器，射频功率设为200W，调节氧等离子体发生器使反射损失功率小于5W，这时我们会观察到氧等离子体的焰色为浅蓝色，这说明氧等离子体产生非常完全；生长时候，通过阀门调节氧分压为1.0×10‑5‑2.0×10‑5mbar，打开蒸发源上面的挡板，同时推开氧等离子气体上面的挡板，让蒸发出来的气态金属Mn和金属Ti原子和氧等离子体一起射向Nb:SrTiO3衬底反应，这样生长过程就正式开始了；外延掺杂时掺杂量由金属Mn和金属Ti的蒸发速率决定，蒸发速率是通过坩埚温度控制；反应结束后，在Nb:SrTiO3衬底上制得Mn:TiO2稀磁半导体薄膜；（4）在步骤（3）制得的Mn:TiO2稀磁半导体薄膜上下表面利用掩膜板分别溅射金属薄膜或TiN薄膜以作为上下电极，即得到金属/ Mn:TiO2/ Nb:SrTiO3/金属异质结；所述金属薄膜为Pt薄膜、Au薄膜、Ti薄膜和Al薄膜中的一种。