[发明专利]钴基Heusler合金结构及提升其有序化的制备方法

说明书

一种提升钴基Heusler合金结构有序化的制备方法，包括以下步骤：样品基板清洗；低蒸汽压元素与钴基Heusler合金进行共溅射成膜；高真空退火处理。本发明提出了使用低蒸汽压元素掺杂后退火的方法来提高钴基Heusler合金薄膜材料的性能，使其具有高结晶度、低温有序化、高自旋极化率的优点。

技术领域

本发明涉及电子器件制备的技术领域，尤其涉及一种钴基Heusler合金结构及提升其有序化的制备方法。

背景技术

巨磁电阻GMR(Giant Magnetoresistance)、隧穿磁电阻TMR(TunnelingMagnetoresistance)等自旋电子器件现已广泛应用于如电脑的硬盘磁头、存储器、工业控制的传感器等信息科技领域。随着大数据、物联网技术的快速发展，对海量信息数据快速、高效、低功耗的获取、存储和计算的需求越来越大。为了满足这一需求，亟需开发下一代更高性能的自旋电子器件。其中开发像哈斯勒/赫斯勒合金(Heusler alloy)那样具有高自旋极化率特性的薄膜材料，是制备高性能自旋电子器件的关键所在。

Heusler alloy是一类金属间化合物，它最早是由F.Heulser在1903年发现的。当时他发现Cu₂MnAl里中的元素都是非铁磁性元素，但是这个化合物却呈现出铁磁性。具有高度有序结构的Heusler alloy表现出十分丰富的物理特性，蕴藏着多种应用功能，譬如半金属特性、铁磁性、热电效应、磁电阻效应、超导性、形状记忆效应等。Heusler alloy可以分为half-Heusler和full-Heusler两大类，是一个庞大的合金家族，如图1所示。其中钴基full-Heusler alloy因其具有高自旋极化率，高居里温度、低阻尼因子以及与GaAs、MgO等衬底较好的晶格匹配度等特点，得到研究者的青睐。

自钴基Heusler alloy的半金属特性(所谓的半金属特性是指该材料能带结构的费米面附近仅有一种自旋方向的电子，因此理论上具有100％的自旋极化率。)被发现以来，人们一直在努力探索室温下具有100％高自旋极化率、可实际应用于自旋电子器件的钴基Heusler alloy新材料。

目前，已报道的高自旋极化率钴基Heusler alloy薄膜材料当中，普遍需要通过高温退火(500摄氏度以上)工艺来获得有序的L2₁晶体结构，从而提高薄膜材料的自旋极化率。然而，500摄氏度以上的高温退火工艺对自旋电子器件的制备来说温度过高，与目前的硅基器件制作工艺不兼容，严重限制了高自旋极化率钴基Heusler alloy薄膜材料在高性能自旋电子器件制备中的应用。因此，亟需研发新的制备工艺解决高温退火带来的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种提升钴基Heusler合金结构有序化的制备方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种提升钴基Heusler合金结构有序化的制备方法，包括以下步骤：

样品基板清洗；

低蒸汽压元素与钴基Heusler合金进行共溅射成膜；

高真空退火处理。

其中，所述样品基板清洗的步骤中，样品基板依次使用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗各3-10分钟，超声清洗结束后将样品基板放入磁控溅射仪的真空腔室进行500-800摄氏度的热清洗。

其中，所述低蒸气压元素为锌、镁、汞、纳、钾、银、金、铜或钛元素。

其中，所述低蒸汽压元素与钴基Heusler合金进行共溅射成膜具体包括如下步骤：使用钴基Heusler合金靶材和低蒸汽压元素单质靶材，利用共聚焦磁控溅射的方法，在样品基板上制备低蒸汽压元素掺杂后的钴基Heusler合金薄膜材料。