一种室温多阻态器件的制备方法

    技术2025-03-06  43


    本发明涉及一种室温多阻态器件的制备方法,属于阻态器件的制备。


    背景技术:

    1、磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。磁阻材料被广泛应用于磁存储、自旋阀、磁传感器、gps导航等诸多领域。特别是磁性多层膜中巨磁阻效应的发现,由于存在高、低两个阻态,使磁存储技术产生了质的飞跃。在制备磁性多层薄膜的传统工艺中,金属薄膜常作为核心材料使用。然而,随着器件集成度的提高,器件尺寸逐渐减小,制备磁性多层膜的过程中往往容易出现缺陷、空位等不利因素,这些负面因素的存在极大地影响最终器件的性能,对其实际应用造成一定的制约。因此,我们需要不断探索新的磁阻材料,优化器件结构,以克服这些挑战。

    2、二维材料具备原子级薄的物理厚度、极高的单晶薄膜质量、表面无悬挂建和优异的物理化学性能,为解决上述问题提供了新途径。二维本征磁性材料的发现为实现自旋电子器件提供了更多可能,为实现集成度更高的磁存储器件提供一条道路,有望推动自旋电子学在信息存储等领域的应用。

    3、传统冯诺伊曼架构在存储与计算海量数据时面临的“内存墙”瓶颈,使得存算一体化系统的研究日益升温,其中基于磁存储器(mram)的存算一体实现方案由于功耗低、阻态非易失等优势而备受关注。但mram的存储核心磁性隧道结只有高阻态和低阻态两种状态,无法实现多位数据的存储,限制了基于mram的存算一体系统存储和运算效率的进一步提升。反对称磁电阻现象关于磁场的曲线是奇对称的,即反对称磁电阻器件存在高中低三个阻态,这意味着相比于现阶段的磁存储器件,在一个器件单元中能够实现多态存储。基于新型二维铁磁材料fe3gete2已经实现了反对称磁阻,但是传统的构建台阶结构工艺复杂且费时费力,难以控制,并且当前fe3gete2的居里温度低于室温,无法满足实际应用需求。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种室温多阻态器件的制备方法,解决现有技术中存在的工艺复杂和实用性低的问题。

    2、为实现以上目的,本发明是采用下述技术方案实现的:

    3、本发明提供了一种室温多阻态器件的制备方法,包括:

    4、在干净的硅片上旋涂光刻胶,进行曝光;

    5、将被曝光区域的光刻胶清除,然后马上将硅片进行干燥,得到电极;

    6、在电极上依次镀钛和活性金属;

    7、将fe3gate2单晶剥离成纳米级厚度的fe3gate2薄片,选取两块厚度不一样的fe3gate2薄片转移至电极上形成fe3gate2/fe3gate2同质结,然后将氮化硼转移到fe3gate2/fe3gate2同质结上将其完全覆盖,得到室温多阻态器件。

    8、进一步的,所述干净的硅片通过以下方法制备得到:

    9、将硅片依次放入丙酮、乙醇、去离子水溶液中进行超声波清洗,然后用氮气气枪吹干,得到干净的硅片;

    10、所述硅片由sio2氧化层和si层构成。

    11、进一步的,所述在干净的硅片上旋涂光刻胶,包括:

    12、将干净的硅片放在匀胶机上,选择a+b模式将一层甲基丙烯酸甲酯和一层聚甲基丙烯酸甲酯均匀的旋涂在硅片上,放在加热平台上加热将胶烘干。

    13、进一步的,所述曝光,包括:

    14、将旋涂了光刻胶的硅片放至电子束曝光机的电子束腔体中,将腔体中真空降至10-6 pa量级以下,按照所需要曝光的电极图形在电子束曝光机中进行曝光。

    15、进一步的,所述将被曝光区域的光刻胶清除,通过显影定影液完成。

    16、进一步的,所述在电极上依次镀钛和活性金属,包括:

    17、将电极放进电子束蒸镀系统中,用电子束蒸镀一层钛,钛的厚度为5~10 nm,然后用电子束蒸镀一层金,金的厚度为25~40 nm。

    18、进一步的,在所述在电极上依次镀钛和活性金属的步骤之后,还包括将电极放在丙酮中进行剥离的操作,剥离出多余的光刻胶。

    19、进一步的,所述将fe3gate2单晶剥离成纳米级厚度的fe3gate2薄片,通过机械剥离法进行。

    20、进一步的,所述选取两块厚度不一样的fe3gate2薄片转移至电极上形成fe3gate2/fe3gate2同质结,包括:

    21、将第一块fe3gate2薄片转移至电极上的预设位置,所述预设位置为在磁电输运测量时中间两根磁阻探测段的中心对应于电极上的位置,然后将另一块厚度不一样的fe3gate2薄片转移至第一块fe3gate2薄片上,形成fe3gate2/fe3gate2同质结;

    22、所述转移通过干法转移技术进行。

    23、进一步的,所述氮化硼为六方氮化硼。

    24、与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:

    25、本发明提供的一种室温多阻态器件的制备方法,采用fe3gate2/fe3gate2同质结的设计,相较于现有技术中的薄膜厚度不均匀或构建在单一材料中制造厚度差的复杂工艺,本发明的两层的器件结构使得器件制备工艺流程大大简化,极大地提高了工艺过程中的容错率;并且本发明所制备得到的器件在室温下具有高中低三个电阻态,在测试时只需要100μa的启动电流便可以获得良好的室温反对称信号,并且在室温下可以保持良好的稳定性,在未来的低功耗、多态信息存储器件领域具有突出的优势,有望应用于自旋电子器件,展现出极大的应用前景。



    技术特征:

    1.一种室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,所述干净的硅片通过以下方法制备得到:

    3.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,所述在干净的硅片上旋涂光刻胶,包括:

    4.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,所述曝光,包括:

    5.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,所述将被曝光区域的光刻胶清除,通过显影定影液完成。

    6.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,所述在电极上依次镀钛和活性金属,包括:

    7.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,在所述在电极上依次镀钛和活性金属的步骤之后,还包括将电极放在丙酮中进行剥离的操作,剥离出多余的光刻胶。

    8.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,所述将fe3gate2单晶剥离成纳米级厚度的fe3gate2薄片,通过机械剥离法进行。

    9.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,所述选取两块厚度不一样的fe3gate2薄片转移至电极上形成fe3gate2/fe3gate2同质结,包括:

    10.根据权利要求1所述的室温多阻态器件的制备方法,其特征在于,所述氮化硼为六方氮化硼。


    技术总结
    本发明公开了一种室温多阻态器件的制备方法,属于阻态器件的制备技术领域,包括:在干净的硅片上旋涂光刻胶,进行曝光;将被曝光区域的光刻胶清除,然后马上将硅片进行干燥,得到电极;在电极上依次镀钛和活性金属;将Fe<subgt;3</subgt;GaTe<subgt;2</subgt;单晶剥离成纳米级厚度的Fe<subgt;3</subgt;GaTe<subgt;2</subgt;薄片,选取两块厚度不一样的Fe<subgt;3</subgt;GaTe<subgt;2</subgt;薄片转移至电极上形成Fe<subgt;3</subgt;GaTe<subgt;2</subgt;/Fe<subgt;3</subgt;GaTe<subgt;2</subgt;同质结,然后将氮化硼转移到Fe<subgt;3</subgt;GaTe<subgt;2</subgt;/Fe<subgt;3</subgt;GaTe<subgt;2</subgt;同质结上将其完全覆盖,得到室温多阻态器件;本发明制备工艺简单,能实现室温下的多阻态,即1,0,‑1态。

    技术研发人员:刘萍,向宇月,普勇
    受保护的技术使用者:南京邮电大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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