本申請(qǐng)涉及自旋電子學(xué)中自旋存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算，具體涉及一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在磁性薄膜材料中，磁性薄膜絕緣體因其較小的磁阻尼系數(shù)、較大的介電常數(shù)以及無(wú)分流效應(yīng)，適合開(kāi)發(fā)能量高效、高密度、超快速的下一代自旋電子學(xué)存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算器件，因而吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。首先，自旋電子學(xué)的快速發(fā)展促使對(duì)新材料的需求，以實(shí)現(xiàn)高效的信息存儲(chǔ)和處理。其次，隨著量子計(jì)算的興起，研究人員希望利用這些材料構(gòu)建更穩(wěn)定的量子比特。此外，磁性薄膜絕緣體在基礎(chǔ)物理研究中，尤其是研究磁性、相變和界面效應(yīng)方面，提供了豐富的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其中g(shù)alfenol(fe100-xgax)薄膜憑借其優(yōu)秀的磁特性和更理想的力學(xué)性能，使其在傳感器和執(zhí)行器應(yīng)用(包括高頻設(shè)備)方面具有更廣闊的前景，近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)。

2、通過(guò)人為手段調(diào)控fe3ga的鐵磁性是研究該類薄膜材料的重要手段。adrianacosta等人對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，他們深入討論了襯底對(duì)fe3ga薄膜性能的影響，證明了面內(nèi)矯頑力、各向異性和吉爾伯特阻尼系數(shù)都受到底層材料變化的顯著影響，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了使用nife作為底層材料在增強(qiáng)fe3ga薄膜軟磁性性能方面有良好的效果。另一項(xiàng)相關(guān)研究是控制生長(zhǎng)功率來(lái)影響富含ga的fe3ga薄膜的結(jié)構(gòu)特性。研究人員觀察到，生長(zhǎng)功率的增大減小了晶體尺寸(中等量級(jí))，促進(jìn)了層的矯頑力場(chǎng)的減小；同時(shí)生長(zhǎng)功率也決定了局部秩序，從而表明生長(zhǎng)功率的控制可以作為fe3ga薄膜性能的另一個(gè)有效調(diào)節(jié)因素。此外，d.cao等人還研究了摻雜其他元素作為增強(qiáng)fe3ga薄膜性能的方法。他們將b元素?fù)诫sfe3ga薄膜中，改變其結(jié)構(gòu)和磁性能，提高了fe3ga薄膜在高頻方面的應(yīng)用特性，建立了薄膜成分和磁性能之間的關(guān)系。研究人員對(duì)于fe3ga的導(dǎo)電性也進(jìn)行了研究，m.mouas等人研究了fe3ga在l12到d03之間相變帶來(lái)的電阻率變化，發(fā)現(xiàn)電阻率對(duì)fe3ga中封閉堆積相之間轉(zhuǎn)變非常敏感，相變帶來(lái)的電阻率改變是明顯的，這一發(fā)現(xiàn)揭示了影響fe3ga導(dǎo)電性的新因素。

3、雖然研究者對(duì)fe3ga類薄膜的磁性和導(dǎo)電性已有研究，但是關(guān)于fe3ga諸多磁學(xué)現(xiàn)象的真正起因以及背后所包含的物理機(jī)制并不清晰。同時(shí)，利用何種手段對(duì)其磁性和導(dǎo)電特性進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控還有待進(jìn)一步研究。另外，由于磁性絕緣體具有優(yōu)異的物理性能以及巨大的應(yīng)用前景，尋找磁性薄膜絕緣體一直是研究者的目標(biāo)之一。本發(fā)明旨在通過(guò)磁控濺射工藝的探索，研發(fā)一種基于fe3ga合金的新型磁性薄膜絕緣體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中磁性薄膜絕緣體中電阻率及飽和磁化強(qiáng)度不高的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供了一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法，包括以下制備步驟，

3、步驟一、將塊體fe3ga靶材設(shè)置到直流電源位置，利用耐高溫銀膠將襯底固定在表盤中心位置，使靶材與襯底相對(duì)應(yīng)，啟動(dòng)真空系統(tǒng)，抽真空；

4、步驟二、開(kāi)啟直流電源，在靶材表面進(jìn)行預(yù)濺射準(zhǔn)備，輝光穩(wěn)定后，開(kāi)始正式濺射，濺射完成后，即可得到磁性絕緣體外延薄膜。

5、優(yōu)選的，襯底為lsat襯底。

6、優(yōu)選的，步驟一中，靶與襯底之間的距離設(shè)置為90mm，抽真空至真空度為1.3×10-5pa。

7、優(yōu)選的，步驟一中，薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中，襯底溫度保持在550℃，ar氣的壓力恒定在1.3pa。

8、優(yōu)選的，步驟一中，在制備薄膜之前，用砂紙將表盤打磨干凈。

9、優(yōu)選的，步驟二中，預(yù)濺射準(zhǔn)備的時(shí)間為3分鐘。

10、優(yōu)選的，步驟二中，正式濺射時(shí)，設(shè)置生長(zhǎng)速率為0.15nm/s，濺射時(shí)間10分鐘。

11、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N采用上述基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法制備得到的磁性絕緣體外延薄膜。

12、因此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜及其制備方法，具有以下有益效果：

13、1、利用直流磁控濺射法可以在lsat襯底上直接沉積磁性絕緣體外延薄膜，制備出的薄膜具有優(yōu)異的結(jié)晶質(zhì)量。

14、2、本申請(qǐng)得到的磁性絕緣體外延薄膜具有優(yōu)異的電學(xué)性能，其電阻率室溫下達(dá)到400mω.cm，相比先前研究中采用熔爐方法制備的fe3ga合金的電阻率(17-80μω.cm)高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

15、3、本實(shí)驗(yàn)制備的磁性絕緣體外延薄膜具有較大的飽和磁化強(qiáng)度以及顯著的磁各向異性。通過(guò)磁滯回線的測(cè)量發(fā)現(xiàn)其面內(nèi)飽和磁化強(qiáng)度約為1100emu/cm3,其有效磁各向異性常數(shù)keff較大，約為0.6×107erg/cm3。

技術(shù)特征：

1.一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法，其特征在于，一種磁性絕緣體外延薄膜的制備方法包括以下制備步驟，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法，其特征在于，襯底為lsat襯底。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟一中，靶與襯底之間的距離設(shè)置為90mm，抽真空至真空度為1.3×10-5pa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟一中，薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中，襯底溫度保持在550℃，ar氣的壓力恒定在1.3pa。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟一中，在制備薄膜之前，用砂紙將表盤打磨干凈。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中，預(yù)濺射準(zhǔn)備的時(shí)間為3分鐘。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中，正式濺射時(shí)，設(shè)置生長(zhǎng)速率為0.15nm/s，濺射時(shí)間10分鐘。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的一種基于fe3ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜的制備方法制備得到的磁性絕緣體外延薄膜。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種基于Fe<subgt;3</subgt;Ga合金的新型磁性絕緣體外延薄膜及其制備方法，屬于自旋電子學(xué)中自旋存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算技術(shù)領(lǐng)域，先將塊體Fe<subgt;3</subgt;Ga靶材設(shè)置到直流電源位置，利用耐高溫銀膠將襯底固定在表盤中心位置，使靶材與襯底鋁酸鍶鉭鑭(LSAT)相對(duì)應(yīng)，然后抽真空；接著開(kāi)啟直流電源，在靶材表面進(jìn)行預(yù)濺射準(zhǔn)備，輝光穩(wěn)定后，開(kāi)始正式濺射，濺射完成后，即可得到磁性絕緣體外延薄膜。本申請(qǐng)得到的磁性絕緣體外延薄膜具有優(yōu)異的電學(xué)性能，其電阻率室溫下達(dá)到400mΩ.cm；通過(guò)磁滯回線的測(cè)量發(fā)現(xiàn)其面內(nèi)飽和磁化強(qiáng)度約為1100emu/cm<supgt;3</supgt;，其有效磁各向異性常數(shù)K<subgt;eff</subgt;較大，約為0.6×10<supgt;7</supgt;erg/cm<supgt;3</supgt;。

技術(shù)研發(fā)人員：謝亮,楊金寶,謝文欽,閔月淇,蔣昊嵐
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北方工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/20