專利名稱：圖形化鐵磁性二氧化鉻薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子材料技術(shù)。
背景技術(shù)：
半金屬磁體具有極高的電子自旋極化率，近年來(lái)成為人們研究的熱點(diǎn)，其在自旋電子學(xué)器件領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。二氧化鉻因?yàn)橐呀?jīng)被理論和實(shí)驗(yàn)均證實(shí)具有接近 100% 的自旋極化率[Schwarz K. J. Phys. F :Met. Phys. 16 :L211-L215 (1986) ；Y. Ji and A. Gupta, Phys. Rev. Lett. 86 :5585(2001)],因此倍受人們關(guān)注。同時(shí)，二氧化鉻具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，較高的居里溫度(122. 5°C)，能夠滿足自旋電子學(xué)器件設(shè)計(jì)的要求。二氧化鉻還是一種重要的磁記錄材料，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于磁記錄領(lǐng)域。最近，把二氧化鉻引入自旋電子器件中的微納加工方法也成為人們研究的重點(diǎn)。二氧化鉻是一種亞穩(wěn)態(tài)氧化物，易受熱分解成為穩(wěn)定態(tài)的鉻氧化物-三氧化二鉻。傳統(tǒng)的自上而下的刻蝕法制備二氧化鉻微納米結(jié)構(gòu)存在一定的局限性，并且所制備的微納米結(jié)構(gòu)容易引入三氧化二鉻相，導(dǎo)致其性能下降。1999年A. Gupta等人在研究二氧化鉻薄膜的制備時(shí)發(fā)現(xiàn)，以二氧化鈦為基片容易生長(zhǎng)二氧化鉻薄膜，而以氧化硅為基片卻不容易生長(zhǎng)二氧化鉻薄膜[A. Gupta, Appl. Phys. Lett. 75 :2996 (1999)]。這一現(xiàn)象為不經(jīng)過(guò)直接刻蝕二氧化鉻等自上而下的工藝制備圖形化二氧化鉻薄膜提供了可能的思路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種圖形化鐵磁性二氧化鉻薄膜的制備方法，具有薄膜純度較高，成本低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，圖形化鐵磁性二氧化鉻薄膜的制備方法，包括下述步驟A、在單晶硅片表面制備一層致密的氧化硅膜；B、在被熱氧化過(guò)的硅片表面制備一層三氧化二鋁薄膜；C、采用光刻方法把三氧化二鋁薄膜制備為圖形化的薄膜；D、將表面覆蓋圖形化三氧化二鋁薄膜的熱氧化硅基片垂直地置于管式爐中央，基片所在處的溫度控制在360 400°C，待基片溫度穩(wěn)定后，將三氧化鉻蒸發(fā)源置入溫度為 240 280°C處，從蒸發(fā)源一側(cè)通入氧氣，氧氣流量60 100毫升/分鐘，二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為2 5小時(shí)。進(jìn)一步的，所述步驟D中，基片所在處的溫度控制在380°C，蒸發(fā)源置入溫度為 260°C處，氧氣流量100毫升/分鐘，二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為5小時(shí)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，采用化學(xué)氣相沉積法，利用三氧化鉻的分解得到二氧化鉻，過(guò)程是在無(wú)水、無(wú)添加物的環(huán)境中進(jìn)行，從根本上避免了不必要的雜質(zhì)出現(xiàn)，所得二氧化鉻薄膜具有很高的純度。其二，能夠制備大面積任意圖形化二氧化鉻薄膜，比如二氧化鉻點(diǎn)陣列或者二氧化鉻線陣列。其三，制備三氧化二鋁膜或氧化硅膜技術(shù)成熟，成本低廉。其四，制備二氧化鉻薄膜采用的管式爐化學(xué)氣相沉積法操作簡(jiǎn)單、制備周期短、成本低易于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明化學(xué)氣相沉積過(guò)程示意圖。圖2是本發(fā)明圖形化二氧化鉻薄膜制備流程圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1 2。本發(fā)明采用常壓化學(xué)氣相沉積法，以三氧化鉻為蒸發(fā)源，表面覆蓋有圖形化三氧化二鋁膜的熱氧化硅片、石英片或者表面覆蓋有圖形化氧化硅膜的三氧化二鋁片為基片。 制備是在管式爐內(nèi)進(jìn)行。首先將基片垂直置于管式爐中央，溫度控制在360-400°C之間，優(yōu)選溫度380°C，待基片溫度穩(wěn)定后，將蒸發(fā)源置入溫度為240-280°C處，優(yōu)選溫度260°C，并且開始從蒸發(fā)源一側(cè)通入氧氣，氧氣流量60-100毫升/分鐘。二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為 2-5小時(shí)。作為蒸發(fā)源的三氧化鉻最好是具有較高的純度，以保證所得二氧化鉻薄膜具有較高純度，三氧化鉻的純度可以選擇98%或者更高。作為基片的硅片，應(yīng)該在其表面生長(zhǎng)三氧化二鋁之前先熱氧化形成一層非晶態(tài)的氧化硅膜。該過(guò)程可以在通有氧氣的管式爐內(nèi)進(jìn)行，氧化溫度600 V。熱氧化過(guò)的硅片或者石英片表面先生長(zhǎng)一層三氧化二鋁膜，再制備圖形化的三氧化二鋁膜。三氧化二鋁片表面先生長(zhǎng)一層氧化硅膜，再制備圖形化的氧化硅膜。本發(fā)明方法可以制備圖形化二氧化鉻薄膜的厚度為50-500納米，尺度為50納米-整片薄膜?；跓嵫趸杵⑹⑵蛘呷趸X片表面的圖形化基膜可以制備任意圖形的二氧化鉻薄膜，比如大面積二維二氧化鉻點(diǎn)陣列以及二維二氧化鉻線陣列。實(shí)施例1 將單晶硅片置于管式爐中央位置，通入氧氣，流量60毫升/分鐘，加熱至600°C熱氧化2小時(shí)，硅片表面將形成一層致密的氧化硅膜。采用磁控濺射法在被熱氧化過(guò)的硅片表面制備一層厚度為100納米的三氧化二
鋁薄膜。采用光刻方法把三氧化二鋁薄膜制備成圖形化的薄膜。具體為2X2微米三氧化二鋁薄膜方塊構(gòu)成的二維陣列，方塊間隔2微米。將表面覆蓋圖形化三氧化二鋁薄膜的熱氧化硅基片垂直地置于管式爐中央，溫度控制在380°C，待基片溫度穩(wěn)定后，將蒸發(fā)源置入溫度為260°C處，并且開始從蒸發(fā)源一側(cè)通入氧氣，氧氣流量100毫升/分鐘。二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為5小時(shí)。結(jié)果將得到只生長(zhǎng)在圖形化三氧化二鋁膜表面的二氧化鉻薄膜。熱氧化硅基片表面裸露的氧化硅表面不會(huì)生長(zhǎng)二氧化鉻薄膜。生長(zhǎng)得到的圖形化二氧化鉻薄膜將表現(xiàn)出對(duì)圖形化三氧化二鋁膜的復(fù)制，為二氧化鉻二維方塊陣列。實(shí)施例2
基片用表面拋光的石英片，采用磁控濺射法在石英片表面制備一層厚度為100納米的三氧化二鋁薄膜。采用光刻方法把三氧化二鋁薄膜制備成圖形化的薄膜。具體為2X 100微米三氧化二鋁線構(gòu)成的二維陣列，線間隔2微米。將表面覆蓋圖形化三氧化二鋁薄膜的石英片垂直地置于管式爐中央，溫度控制在 380°C，待基片溫度穩(wěn)定后，將蒸發(fā)源置入溫度為^KTC處，并且開始從蒸發(fā)源一側(cè)通入氧氣，氧氣流量100毫升/分鐘。二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為5小時(shí)。結(jié)果將得到只生長(zhǎng)在圖形化三氧化二鋁膜表面的二氧化鉻薄膜?；砻媛懵兜难趸璞砻娌粫?huì)生長(zhǎng)二氧化鉻薄膜。生長(zhǎng)得到的圖形化二氧化鉻薄膜將表現(xiàn)出對(duì)圖形化三氧化二鋁膜的復(fù)制，為二氧化鉻二維線陣列。實(shí)施例3 基片用表面拋光的三氧化二鋁片，在三氧化二鋁片表面制備一層厚度為50納米
氧化硅薄膜。采用粒子束刻蝕法把氧化硅薄膜制備成圖形化的薄膜。具體為垂直交叉的氧化硅納米線構(gòu)成的二維陣列，平行的線間距50納米。刻蝕掉的氧化硅部分為裸露的圖形化三氧化二鋁表面，具體為50X50納米的點(diǎn)陣列。將表面覆蓋圖形化氧化硅膜的三氧化二鋁基片垂直地置于管式爐中央，溫度控制在380°C，待基片溫度穩(wěn)定后，將蒸發(fā)源置入溫度為260°C處，并且開始從蒸發(fā)源一側(cè)通入氧氣，氧氣流量60毫升/分鐘。二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為2小時(shí)。結(jié)果將得到只生長(zhǎng)在裸露圖形化三氧化二鋁表面的二氧化鉻薄膜。氧化硅表面不會(huì)生長(zhǎng)二氧化鉻薄膜。生長(zhǎng)得到的圖形化二氧化鉻薄膜將表現(xiàn)出對(duì)圖形化三氧化二鋁面的復(fù)制，為二氧化鉻二維點(diǎn)陣列。
權(quán)利要求
1.圖形化鐵磁性二氧化鉻薄膜的制備方法，其特征在于，包括下述步驟A、在單晶硅片表面制備一層致密的氧化硅膜；B、在被熱氧化過(guò)的硅片表面制備一層三氧化二鋁薄膜；C、采用光刻方法把三氧化二鋁薄膜制備為圖形化的薄膜；D、將表面覆蓋圖形化三氧化二鋁薄膜的熱氧化硅基片垂直地置于管式爐中央，基片所在處的溫度控制在360 400°C，待基片溫度穩(wěn)定后，將三氧化鉻蒸發(fā)源置入溫度為240 280°C處，從蒸發(fā)源一側(cè)通入氧氣，氧氣流量60 100毫升/分鐘，二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為2 5小時(shí)。
2.如權(quán)利要求1所述的圖形化鐵磁性二氧化鉻薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟D中，基片所在處的溫度控制在380°C，蒸發(fā)源置入溫度為260°C處，氧氣流量100毫升/ 分鐘，二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為5小時(shí)。
全文摘要
圖形化鐵磁性二氧化鉻薄膜的制備方法，涉及電子材料技術(shù)。本發(fā)明包括下述步驟A、在單晶硅片表面制備一層致密的氧化硅膜；B、在被熱氧化過(guò)的硅片表面制備一層三氧化二鋁薄膜；C、采用光刻方法把三氧化二鋁薄膜制備為圖形化的薄膜；D、將表面覆蓋圖形化三氧化二鋁薄膜的熱氧化硅基片垂直地置于管式爐中央，基片所在處的溫度控制在360～400℃，待基片溫度穩(wěn)定后，將三氧化鉻蒸發(fā)源置入溫度為240～280℃處，從蒸發(fā)源一側(cè)通入氧氣，氧氣流量60～100毫升/分鐘，二氧化鉻薄膜生長(zhǎng)時(shí)間為2～5小時(shí)。本發(fā)明所得二氧化鉻薄膜具有很高的純度。能夠制備大面積任意圖形化二氧化鉻薄膜。
文檔編號(hào)C04B41/52GK102417371SQ20111025260
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者張繼華, 楊傳仁, 趙強(qiáng), 陳宏偉 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)