[发明专利]一种调控超薄铁磁薄膜磁性能的铁电器件的制备方法

说明书

本发明公开一种调控超薄铁磁薄膜磁性能的铁电器件的制备方法。本发明在衬底上制备超薄铁磁薄膜/PVDF基铁电薄膜/Al结构的铁电器件，首先在衬底上制备超薄铁磁薄膜，在制备“十”字标记后，通过光刻和刻蚀得到所需铁磁薄膜图形；然后采用溶胶‑凝胶方法或朗谬尔‑布罗基特方法制备PVDF基有机铁电薄膜；最后在有机铁电薄膜表面制备Al薄膜，通过光刻和刻蚀得到所需Al电极图形。本发明在器件中通过对铁磁薄膜的电极引脚和Al电极加电场使PVDF基铁电薄膜极化，而由极化引起的铁磁薄膜的电性能变化可通过伏安表测量，从而能够为研究有机铁电薄膜对超薄铁磁薄膜的磁性能调控提供保证。

技术领域

本发明涉及铁电器件的制备方法，特别涉及一种调控超薄铁磁薄膜磁性能的铁电器件的制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展,高密度、高速度、非破坏、低能耗信息存储器的市场需求越来越大。现已被广泛应用的磁存储器(MRAM)虽易于读取，但磁场驱动的写入方式速度慢、能耗高，而且设计复杂，已不能满足现代信息存储的要求，从而限制了磁存储器的应用。针对磁写入方式速度慢、能耗高的问题，研究者利用多铁材料及其磁电耦合效应实现了电场对磁性能的调控，并设计了新概念的磁电耦合存储器(MeRAM)。相比于MRAM，MeRAM具有速度快、密度高、能耗小等优势，从而具有广阔的应用前景，备受人们的关注。为实现磁电耦合等新型存储器件，研究电场对铁磁薄膜磁性能的调控意义重大。

磁性能调控机制主要有三种：(1)界面应变机制，其调控原理是压电相和压磁相两者通过界面的应力相互作用，实现电场对磁性能控制。(2)交换偏置作用，其调控原理是通过单相多铁材料中的铁电性和反铁磁性的磁电耦合及界面处反铁磁性和铁磁薄膜之间的交换偏置作用达到磁性能调控的目的。(3)界面电荷机制，其机理是铁电薄膜由于极化在界面处产生的电场导致磁性薄膜中自旋相关载流子的富集或耗散，从而达到电场调控磁性能的目的。就目前的研究现状来看，界面应变机制的研究最为广泛和深入，然而其磁电耦合受到衬底“夹持”且易失的。基于交换偏置作用的磁电耦合克服了衬底的“夹持”，但单相多铁材料稀缺而且实现磁性能调控的条件苛刻。基于界面电荷机制的磁性能调控不受衬底约束而且磁性能调控是非易失的，研究该机制意义重大。

值得注意的是，由于Thoma-Fermi屏蔽效应，基于界面电荷机制的磁性能调控一般只作用于几纳米厚的铁磁薄膜范围内，随着厚度增加电荷效应作用迅速减小。2015年，N.X.Sun研究小组研究了多铁异质结Co_0.3Fe_0.7/Ba_0.6Sr_0.4TiO₃中磁电耦合效应的影响。在1.2nm的Co_0.3Fe_0.7的薄膜中，可以观察到外加极化电压对共振磁场产生明显的调控，然而在50nm的Co_0.3Fe_0.7薄膜中基本观察不到共振磁场的变化。

相比于无机铁电材料，聚偏二氟乙烯(PVDF)及其三氟乙烯的共聚物[P(VDF-TrFE)]铁电性能优异，而且其制备工艺与CMOS工艺相兼容，可以满足制备磁电耦合器件的需要。2012年，A.Mardana在有机多铁P(VDF-TrFE)/Co异质结中，发现了电荷效应诱导的磁电耦合。当有机铁电材料P(VDF-TrFE)极化翻转时，0.95nm厚Co面内矫顽力增加而面外矫顽力减小，而且Co的易磁化轴从面外转向面内。2016,S.H.Liang等人第一次成功制备了La_0.6Sr_0.4MnO₃/PVDF/Co多铁隧道结，研究表明通过PVDF铁电极化翻转可调控界面Co薄膜的磁各向异性，从而影响隧道结的隧穿磁电阻。然而，聚合物铁电薄膜对铁磁薄膜的调控尚处于起步阶段，界面电荷机制和磁性调控手段还有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调控超薄铁电薄膜磁性能的铁电器件的制备方法，为研究PVDF基聚合物铁电薄膜调控铁磁薄膜的磁性能提供了保证。

本发明的技术方案为：