一種鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料及其制備方法，所述材料的組成為NiO：0~50%，La0.7Sr0.3MnO3:50~100%，該材料的居里溫度為200~345K，具有良好的低場(chǎng)磁電阻；該材料的制備方法是利用脈沖激光沉積法在650~750°C和25~50Pa氧壓的條件下，用鑭鍶錳氧和氧化鎳靶材在SrTiO3(001)基板上沉積10~25nm鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜。通過控制激光照射不同靶材的時(shí)間，使薄膜中的氧化鎳含量連續(xù)可變，在200~345K范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了低場(chǎng)磁電阻的連續(xù)可調(diào)。該復(fù)合薄膜作為磁電阻材料在磁傳感器、磁存儲(chǔ)器、晶體管等微小電子器件方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子材料、功能材料和智能材料領(lǐng)域，具體涉及一種鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的RehAxMnO3(Re為稀土元素，A為二價(jià)堿金屬)為代表的稀土錳氧化物具有較大的磁電阻效應(yīng)，可以應(yīng)用于磁阻轉(zhuǎn)換器，硬盤的讀出磁頭和磁性傳感器等電子器件。其中，鑭鍶錳氧(Laa7Sra3MnO3，簡(jiǎn)稱LSM0)具有磁控性、半金屬性、載流子濃度易控、受溫度影響較小，接近室溫的居里溫度(TC=350K)等優(yōu)點(diǎn)在磁傳感器、磁存儲(chǔ)器、晶體管等微電子器件方面有著更廣泛的應(yīng)用前景。但是，LSMO內(nèi)稟磁電阻較小，而且需要較大的磁場(chǎng)才能顯示出可應(yīng)用的磁電阻效應(yīng)，使其在較小的偏置場(chǎng)下用于磁傳感器尚有困難。為此，人們?cè)贚SMO塊體或薄膜中引入第二相(例如:Ce02，ZnO, A1203, TiO2, CrO2等)來增強(qiáng)其低場(chǎng)磁電阻效應(yīng)，進(jìn)而提高了磁阻轉(zhuǎn)換效率。但是，上述LSMO復(fù)合材料的低場(chǎng)磁電阻溫度多出現(xiàn)在比較低的溫度區(qū)域，而使它們的應(yīng)用范圍受到了限制。用LSMO與反鐵磁材料氧化鎳(NiO)復(fù)合，通過調(diào)節(jié)兩種材料的比例可以在較寬的溫度范圍內(nèi)提高低場(chǎng)磁電阻效應(yīng)。Gaur等人用固態(tài)燒結(jié)法制備了塊體LSMO-NiO復(fù)合材料，研究了 NiO對(duì)低場(chǎng)磁電阻效應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)NiO可以有效地提高該復(fù)合材料的低場(chǎng)磁電阻(Anurag Gaur, G.D.Varma, Solid StateCommunications, 139 (2006) 310-314.)。近年來，隨著磁傳感器、磁存儲(chǔ)器等電子產(chǎn)品的小型化、多功能化和集成化，對(duì)電子元器件的尺寸要求越來越小，塊體材料已不能滿足這一需求。開發(fā)LSMO-NiO復(fù)合薄膜材料及 其制備技術(shù)，可與微機(jī)電加工和集成電路技術(shù)兼容，使電子器件實(shí)現(xiàn)微小型化，因此在微磁傳感器集成化應(yīng)用方面具有優(yōu)越性。LSMO-NiO復(fù)合薄膜作為磁電阻材料在低磁場(chǎng)下的具有高的巨磁阻抗效應(yīng)，在微小磁傳感器和磁存儲(chǔ)器、晶體管等微電子器件方面將具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料及其制備方法，本發(fā)明采用脈沖激光沉積法制備薄膜材料具有工藝簡(jiǎn)單，兩相成分連續(xù)可調(diào)，納米尺度的晶粒分布均勻，薄膜厚度精確可控和晶體取向外延等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明提供了一種鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料，該復(fù)合薄膜材料的兩相組成成分滿足下述要求^atl 7Srtl 3MnO3:50~100at%，Ni0:0~50at%。薄膜厚度為l(T25nm。
[0005]本發(fā)明提供的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料，所述薄膜材料的居里溫度為200-345Κ，在200-320Κ溫度范圍具有5~15%的低場(chǎng)磁電阻，所述薄膜材料具有001面晶體取向。
[0006]本發(fā)明還提供了所述的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料的制備方法，該方法的具體步驟如下:(I)將三氧化二鑭(La2O3,99.99%)，碳酸鍶(SrCO3, 99.98%)以及二氧化錳(Μη0299.9%)粉體按照La:Sr:Mn=0.7:0.3:1的摩爾比混合，壓制成型后，在850。C到1200° C的溫度范圍內(nèi)分別燒結(jié)5次，得到純相的鑭鍶錳氧靶材。將NiO (99.99%)粉體壓制成型，然后在900° C燒結(jié)，得到純相的氧化鎳靶材。(2)把步驟(1)得到的靶材安放在沉積室中，利用脈沖激光沉積法制備復(fù)合薄膜?；鍨?50° C-30mm退火處理過的SrTiO3單晶薄片，沉積溫度為650-750° C，激光能量為lj/cm2，靶材與基板間的距離為4cm，氧壓為25~50Pa。(3)首先，用激光照射LaSrMnO3靶材10~30秒，接著激光照射NiO靶材5~10秒，在基片上沉積LaSrMnO3和NiO ; (4)重復(fù)步驟(3)數(shù)次，制得不同成分和厚度的鑭鍶錳氧與氧化鎳的納米復(fù)合薄膜材料。(5)最后，將步驟(4)制備的納米復(fù)合薄膜材料在一個(gè)大氣壓下原位退火30分鐘，然后以2° C/min的速率冷卻到室溫。
[0007]本發(fā)明提供的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料的制備方法，所述步驟(2)優(yōu)選沉積溫度為670° C，氧壓為30Pa。
[0008]本發(fā)明提供的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料的制備方法，所述步驟(3)優(yōu)選為用激光照射LaSrMnO3靶材30秒，接著激光照射NiO靶材10秒。
[0009]本發(fā)明提供的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料的制備方法，所述步驟(4)優(yōu)選為用激光分別照射LaSrMnO3和NiO靶材10次，已得到25nm厚的復(fù)合薄膜。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明采用脈沖激光沉積法制備鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料。該材料具有兩相組成成分均勻可調(diào)，兩相以納米尺寸混合且均勻分布，薄膜晶體外延性好，制備工藝簡(jiǎn)單，居里溫度可連續(xù)調(diào)節(jié)，低場(chǎng)磁電阻溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。該復(fù)合薄膜作為磁電阻材料在低磁場(chǎng)下的具有高的巨磁阻抗效應(yīng)，在微小磁傳感器和磁存儲(chǔ)器、晶體管等微電子器件方面將具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0011]圖1為本發(fā)明制得的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜的X射線衍射圖；
[0012]圖2為本發(fā)明制得的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜的透射電子顯微鏡照片；
[0013]圖3為本發(fā)明制得的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜的磁化強(qiáng)度隨溫度變化的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1
[0016](I)將SrTiO3(OOl)基片在丙酮和酒精微波超聲20分鐘，然后把基片在真空中加熱到750° C，保溫30分鐘退火；
[0017](2)用脈沖激光沉積法在沉積溫度670° C和氧壓30Pa的條件下，在SrTiO3 (001)基片上沉積鑭鍶錳氧30秒，接著沉積氧化鎳10秒；
[0018](3)重復(fù)以上過程10次，制得厚度為20nm的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料。該材料具有001晶面取向(見圖1)，其中鑭鍶錳氧與氧化鎳兩相的摩爾比約為5:5，兩相以納米尺寸混合且均勻分布(見圖2)，居里溫度為200K(見圖3)，居里溫度附近的磁阻抗約為12%。
[0019]實(shí)施例2
[0020](I)使用SrTiO3(OOl)基片。將基板在丙酮和酒精微波超聲20分鐘，然后在真空中把基片加熱到750° C，保溫30分鐘；
[0021](2)用脈沖激光在溫度670° C和氧壓30Pa的條件下，在SrTiO3(001)基片上沉積鑭鍶錳氧30秒,然后沉積氧化鎳5秒；
[0022](3)重復(fù)以上過程10次，制得厚度為20nm的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料。該材料具有001晶面取向，其中鑭鍶錳氧與氧化鎳兩相的摩爾比約為7:3，居里溫度約為290K (見圖3)，居里溫度附近的磁阻抗約為8%。
[0023]對(duì)比例I
[0024](I)將SrTiO3(OOl)基片放在丙酮和酒精中微波超聲20分鐘，然后，在真空中把SrTiO3(OOl)基片加熱到750° C保溫30分鐘退火；
[0025](2)用脈沖激光沉積法在溫度670° C和氧壓30Pa的條件下，在SrTiO3(001)基片上沉積鑭鍶錳氧300秒。制得的鑭鍶錳氧薄膜的居里溫度為345K (見圖3)。該薄膜材料具有001晶面取向(見圖1)，低場(chǎng)磁電阻小于1%。與此對(duì)比，鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜的低場(chǎng)磁電阻為8~12%，而且，磁電阻的最大值隨居里溫度變化而變化。因此，通過控制鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜的兩相組成，可以在較廣的溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)它的居里溫度和磁電 阻。
【權(quán)利要求】
1.一種鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料，其特征在于:該復(fù)合薄膜材料的組成為NiO:0~50%，La0.7Sr0.3Mn03:50^100%ο
2.按照權(quán)利要求1所述的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料，其特征在于:該復(fù)合薄膜材料的居里溫度為200-345Κ。
3.按照權(quán)利要求1所述的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料，其特征在于:該復(fù)合薄膜材料具有均勻分布的納米晶粒，而且具有001晶面取向。
4.按照權(quán)利要求1所述的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料，其特征在于:該復(fù)合薄膜材料的厚度為l(T25nm。
5.權(quán)利要求1所述的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于:該方法的具體步驟如下: (1)利用固態(tài)粉末燒結(jié)方法制備純相的鑭鍶錳氧和氧化鎳靶材:利用固態(tài)燒結(jié)法，按照La:Sr:Mn=0.7:0.3:1的摩爾比混合鑭氧化物、鍶氧化物和錳氧化物粉體，通過成型、燒結(jié)制備純相的鑭鍶錳氧靶材；將 氧化鎳粉體壓制成型，利用固態(tài)燒結(jié)法制備氧化鎳靶材； (2)把步驟(1)制備的鑭鍶錳氧靶材和氧化鎳靶材安放在脈沖激光沉積設(shè)備的沉積室中； (3)利用脈沖激光沉積法在基板溫度為65(T750°C和25飛OPa氧壓的條件下，用激光先后轟擊鑭鍶錳氧靶材10-30秒，氧化鎳靶材(TlO秒，在基板上沉積鑭鍶錳氧和氧化鎳； (4)重復(fù)步驟(3)過程，制得厚度為l(T25nm的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜。
6.按照權(quán)利要求5所述的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述基板為SrTiO3，基板需要用丙酮和酒精清洗，然后在IO5Pa的氧壓下，750° C保溫30分鐘。
7.按照權(quán)利要求5所述的鑭鍶錳氧-氧化鎳納米復(fù)合薄膜材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)成膜結(jié)束后，制備得到的納米復(fù)合薄膜材料在一個(gè)大氣壓下原位退火30分鐘，然后以2° C/min的速率冷卻到室溫。
【文檔編號(hào)】C23C14/06GK104004988SQ201310060571
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月26日
【發(fā)明者】王占杰, 寧興坤, 張志東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所