[发明专利]一种具有室温隧道磁电阻效应的氧化钛基纳米颗粒复合薄膜的制备方法及装置

说明书

本发明涉及一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法及装置。使用了旋转遮挡法提高了颗粒膜的结晶度和金属陶瓷界面清晰度，减少金属颗粒氧化。选用控共溅射方法进行薄膜制备，其中磁性金属选用溅射靶为强磁靶，溅射源为直流源；陶瓷选用溅射靶为永磁靶，溅射源为射频源。在溅射过程中通过旋转遮挡溅射的方法提高薄膜中磁性颗粒的边界清晰度，进而提高纳米颗粒薄膜室温隧道磁电阻特性。装置中自转样品台处于真空腔体上部，与真空腔体内壁相连，固定基板通过金属挡板与自转样品台相连，固定压片通过调节螺母固定溅射基片，溅射基片位于两对称金属挡板之间；陶瓷靶溅射枪位于自转样品台侧下方，金属靶溅射枪位于自转样品台正下方。

技术领域

本发明涉及一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法及装置。

背景技术

随着材料制备工艺的不断改进，磁敏感器件取得了较为广泛的关注，特别是薄膜磁电阻元器件，由于其具有极小的厚度，使电子元器件的微型化成为了可能。在高阻态纳米颗粒复合膜中，当两磁性颗粒之间势垒层很薄时，由于电子的波动性在两电极间施加一定电压，电子能够穿过这一禁止区域，从而形成电子隧穿。当两电极磁化平行，电子隧穿几率增大，形成低阻态；当两电极磁化反向平行，电子隧穿几率减小，从而形成高阻态，进而形成磁敏感的电阻元器件；早在1975年由julliere(M.Julliere,Tunneling betweenferromagnetic films.Phys.Lett.A 1975,pp.225-226.)通过制备隧道结在4.2K下观察到了14％的磁电阻效应。之后，Yang等人(S.Yan et al.,Ferromagnetism andmagnetoresistance of Co–ZnO inhomogeneous magnetic semiconductors,Appl.Phys.Lett,vol.84,pp.2376-2378,2004,doi:10.1063/1.1690881.)通过交替磁控溅射法制备了非均相Co-ZnO纳米颗粒复合膜，并且在2K下得到了35％的隧道磁电阻。但现阶段氧化物基纳米颗粒复合薄膜还存在以下问题：

1.磁电阻较好的隧道结多层膜制备方法较为复杂，不能一步成型，不利于大规模生产；

2.纳米颗粒复合薄膜在低温下有较好的磁学电阻，但室温下磁电阻较差，不利于推广应用；

3.在氧化基纳米颗粒复合薄膜中金属颗粒易发生氧化；

4.部分氮基、氟基纳米颗粒复合薄膜生物相容性较差。

发明内容

基于上述目前存在的问题，本发明通过一种遮挡磁控共溅射的方法，制备出了具有室温磁电阻的纳米颗粒复合薄膜。这种方法具有一步法制备、成本低廉、金属颗粒氧化少、可室温工作的特点，同时本发明采用氧化钛作为基体，使薄膜还具有良好的生物相容性，可应用于生物磁传感器、信息储存器件等领域。

本发明的技术方案如下：

一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的装置，在处于密闭真空腔室内，设置有固定基板1、调节螺母2、固定压片3、溅射基片4、自转样品台5、金属挡板6、陶瓷靶溅射枪7和金属靶溅射枪8；自转样品台5处于真空腔体上部，与真空腔体内壁相连，固定基板1通过金属挡板6与自转样品台5相连，固定基板1上有调节螺母2，固定压片3通过调节螺母2固定溅射基片4；金属挡板6呈对称放置，溅射基片4位于两对称金属挡板6之间；陶瓷靶溅射枪8位于自转样品台侧下方，金属靶溅射枪7位于自转样品台正下方。

本发明使用了旋转遮挡法提高了颗粒膜的结晶度和金属陶瓷界面清晰度，减少金属颗粒氧化。

所述的金属遮挡板6与自转样品台5采用高温结构胶固定。

所述的陶瓷靶溅射枪7位于自转样品台侧与中心线夹角为30°—60°。

利用本发明的装置进行具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法；其包括如下步骤：