[发明专利]具有室温电控磁特性的锰掺氧化锌-铁酸铋外延异质结构的制备方法

说明书

本发明专利涉及一种具有室温电控磁特性的锰掺氧化锌‑铁酸铋外延异质结构的制备方法；在外延生长了10～100纳米的LaNiO₃导电基底的LaAlO₃取向单晶基片上制备BiFeO₃外延薄膜；在BiFeO₃外延薄膜上生长外延Zn_0.95Mn_0.05O薄膜；测量Zn_0.95Mn_0.05O‑BiFeO₃复合薄膜的室温电阻态和磁性转变。本发明首次采用射频磁控溅射法成功制备出锰掺氧化锌‑铁酸铋复合薄膜，物理性质稳定；该Zn_0.95Mn_0.05O‑BiFeO₃外延复合结构，扩充了多铁复合结构的研究范围，相比其它薄膜制备技术，磁控溅射更容易实现工业化生产。

技术领域

本发明专利涉及一种多铁性复合薄膜的制备方法，更具体地，是一种涉及基于磁控溅射方法制备具有室温电控磁特性的锰掺氧化锌-铁酸铋外延异质结构的制备方法。

背景技术

多铁性材料是一种兼具磁性与铁电性的新型多功能材料。利用多铁性材料与自旋极化材料的复合，人们可以实现电场对材料磁性的调控，可以有效的降低电子器件的功耗，具有明显的应用价值。开发具备“电写磁读”的多铁存储设备对于实现高速度高密度和低功耗的新型存储器件具有十分重要的意义。在常见的铁磁铁电人工复合结构中，界面电荷耦合调制体系具有实现高密度存储和信息非易失性的潜力。作为多铁性材料的代表，铁酸铋(BiFeO₃)有丰富的磁、电性质，具有较高的铁电居里温度和反铁磁奈尔温度。铁酸铋具有好的铁电性和反铁磁性，利用稀磁半导体材料与BiFeO₃外延复合，界面处将存在丰富的耦合效应，从而实现外加电场对材料磁性的调控特性。

基于上述目的，选择室温磁性半导体材料锰掺氧化锌(Zn_0.95Mn_0.05O)与BiFeO₃进行外延复合，制备多铁性复合结构。Zn_0.95Mn_0.05O-BiFeO₃薄膜结构稳定，是一种具有潜力的磁性半导体材料，成为与铁电材料复合制备多铁性复合结构的理想选择。

在薄膜制备中，传统制备铁酸铋、氧化锌薄膜及复合结构的手段为脉冲激光沉底、分子束外延技术等，设备昂贵、成本高，技术复杂。相比之下，磁控溅射方法是一种经济实用并可工业化的薄膜制备方法。

因此，我们利用磁控溅射技术制备BiFeO₃外延薄膜及Mn掺ZnO(5at.％Mn)外延薄膜，首次实现两种材料的异质外延生长，并且发现Zn_0.95Mn_0.05O-BiFeO₃外延复合结构中能够实现室温下的电场控磁效应，实现氧化物薄膜的铁磁铁电耦合。该Zn_0.95Mn_0.05O-BiFeO₃外延复合结构，扩充了多铁复合结构的研究范围；该复合结构的制备方法，提供了能够一种简单、廉价并可工业化推广的外延异质结构的制备技术。

发明内容

利用简单的磁控溅射法来制备Zn_0.95Mn_0.05O-BiFeO₃多铁复合外延异质薄膜，并研究其交换偏置效应。本发明开发了一种具有大的交换偏置效应的多铁性复合结构的制备方法。

具体技术方案如下：

本发明的具有室温电控磁特性的锰掺氧化锌-铁酸铋外延异质结构的制备方法；利用磁控溅射法来制备Zn_0.95Mn_0.05O-BiFeO₃多铁复合外延异质薄膜。

本发明所述的方法，具体步骤如下：