[发明专利]一种镧锶锰氧-氧化镍纳米复合薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料、功能材料和智能材料领域，具体涉及一种镧锶锰氧-氧化镍纳米复合薄膜材料及其制备方法。

背景技术

以钙钛矿结构的Re_1-xA_xMnO₃(Re为稀土元素，A为二价碱金属)为代表的稀土锰氧化物具有较大的磁电阻效应，可以应用于磁阻转换器，硬盘的读出磁头和磁性传感器等电子器件。其中，镧锶锰氧（La_0.7Sr_0.3MnO₃，简称LSMO）具有磁控性、半金属性、载流子浓度易控、受温度影响较小，接近室温的居里温度(T_C=350K)等优点在磁传感器、磁存储器、晶体管等微电子器件方面有着更广泛的应用前景。但是，LSMO内禀磁电阻较小，而且需要较大的磁场才能显示出可应用的磁电阻效应，使其在较小的偏置场下用于磁传感器尚有困难。为此，人们在LSMO块体或薄膜中引入第二相（例如：CeO₂,ZnO,Al2O₃,TiO₂,CrO₂等）来增强其低场磁电阻效应，进而提高了磁阻转换效率。但是，上述LSMO复合材料的低场磁电阻温度多出现在比较低的温度区域，而使它们的应用范围受到了限制。用LSMO与反铁磁材料氧化镍(NiO)复合，通过调节两种材料的比例可以在较宽的温度范围内提高低场磁电阻效应。Gaur等人用固态烧结法制备了块体LSMO-NiO复合材料，研究了NiO对低场磁电阻效应的影响，发现NiO可以有效地提高该复合材料的低场磁电阻（Anurag Gaur,G.D.Varma,Solid State Communications,139(2006)310-314.）。近年来，随着磁传感器、磁存储器等电子产品的小型化、多功能化和集成化，对电子元器件的尺寸要求越来越小，块体材料已不能满足这一需求。开发LSMO-NiO复合薄膜材料及其制备技术，可与微机电加工和集成电路技术兼容,使电子器件实现微小型化，因此在微磁传感器集成化应用方面具有优越性。LSMO-NiO复合薄膜作为磁电阻材料在低磁场下的具有高的巨磁阻抗效应，在微小磁传感器和磁存储器、晶体管等微电子器件方面将具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种镧锶锰氧-氧化镍纳米复合薄膜材料及其制备方法，本发明采用脉冲激光沉积法制备薄膜材料具有工艺简单，两相成分连续可调，纳米尺度的晶粒分布均匀，薄膜厚度精确可控和晶体取向外延等优点。

本发明提供了一种镧锶锰氧-氧化镍纳米复合薄膜材料，该复合薄膜材料的两相组成成分满足下述要求：La_0.7Sr_0.3MnO₃：50～100at%，NiO：0～50at%。薄膜厚度为10~25nm。

本发明提供的镧锶锰氧-氧化镍纳米复合薄膜材料，所述薄膜材料的居里温度为200~345K，在200~320K温度范围具有5~15%的低场磁电阻，所述薄膜材料具有001面晶体取向。

本发明还提供了所述的镧锶锰氧-氧化镍纳米复合薄膜材料的制备方法，该方法的具体步骤如下：（1）将三氧化二镧(La₂O₃，99.99%)，碳酸锶（SrCO₃，99.98%）以及二氧化锰（MnO₂99.9%）粉体按照La:Sr:Mn=0.7:0.3:1的摩尔比混合，压制成型后，在850°C到1200°C的温度范围内分别烧结5次，得到纯相的镧锶锰氧靶材。将NiO（99.99%）粉体压制成型，然后在900°C烧结，得到纯相的氧化镍靶材。（2）把步骤（1）得到的靶材安放在沉积室中，利用脉冲激光沉积法制备复合薄膜。基板为750°C-30mm退火处理过的SrTiO₃单晶薄片，沉积温度为650~750°C，激光能量为1J/cm²,靶材与基板间的距离为4cm,氧压为25~50Pa。（3）首先，用激光照射LaSrMnO₃靶材10~30秒，接着激光照射NiO靶材5~10秒，在基片上沉积LaSrMnO₃和NiO；（4）重复步骤（3）数次，制得不同成分和厚度的镧锶锰氧与氧化镍的纳米复合薄膜材料。（5）最后，将步骤（4）制备的纳米复合薄膜材料在一个大气压下原位退火30分钟，然后以2°C/min的速率冷却到室温。