[发明专利]一种石墨烯掺杂全柔性磁电异质结及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯掺杂全柔性磁电异质结及其制备方法，属于功能复合材料制备技术领域。柔性聚酰亚胺衬底、多层石墨烯薄膜、P(VDF‑TrFE)铁电层、金属铁磁层和钽保护层从下至上依次设置；本发明的CO₂红外激光器碳化聚酰亚胺衬底，在聚酰亚胺衬底上制备磁电异质结可以得到石墨烯掺杂的全柔性磁电薄膜，克服了目前磁电复合结构大多受到衬底夹持效应束缚的问题，并且制备过程简单，可在大气氛围下制备和测试，解决了离子胶制备柔性磁电异质结制备过程复杂的问题。

技术领域

本发明属于柔性电子器件技术领域，具体涉及一种石墨烯掺杂全柔性磁电异质结的制备方法。

背景技术

随着半导体工艺和微电子技术的迅猛发展，微型化、多功能化与可调节化成为电子元器件的发展趋势。多铁性材料由于同时具备两种或者两种以上的铁序，包括(反)铁电性、(反)铁磁性和(反)铁弹性，并且不同铁序之间可以相互耦合，从而实现不同序参量之间的相互调控。因此，多铁性材料可以实现力、电、磁等多物理场之间的相互耦合，在小尺寸、快响应和低功耗的磁电器件领域中具有重要的应用前景。近年来在应用需求的推动下，以多铁性材料为基础的磁电器件在结构设计、微纳加工和性能优化等方面都取得了持续进展，包括可调谐电感、滤波器、磁电存储器、能量回收器、磁电传感器和磁电天线等。

尽管磁电材料在基础研究和原型器件开发等方面都取得了诸多进展。但是目前大多数的块材磁电器件尺寸大、调控电压大且与半导体工艺难以兼容。而薄膜磁电器件由于衬底的夹持效应导致耦合效应低，严重制约了器件的性能。面对薄膜磁电器件研究中的衬底束缚，导致磁电耦合效应受到衬底极大的制约，并且难以满足柔性电子器件增加的需求，本发明设计了一种石墨烯掺杂全柔性磁电异质结的制备方法并证实了它的磁电耦合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯掺杂全柔性磁电异质结的制备方法，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种石墨烯掺杂全柔性磁电异质结的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，采用CO₂红外激光器碳化柔性衬底，以在柔性衬底表面形成石墨烯薄膜；所述柔性衬底选用聚酰亚胺塑料薄膜、纸张或布料，优选聚酰亚胺塑料薄膜。

步骤2，将70/30或80/20mol％配比的P(VDF-TrFE)聚合物粉末分散于二甲基甲酰胺中，得到PVDF溶液；将PVDF溶液，滴至石墨烯薄膜表面；将得到的P(VDF-TrFE)/石墨烯/PI样品进行预烘，135℃退火形成β相P(VDF-TrFE)；

步骤3，以金属钴铁硼为靶材，采用磁控溅射法在P(VDF-TrFE)铁电层表面进行沉积，形成金属层；

步骤4，以金属钽为靶材，采用磁控溅射法在钴铁硼金属层的表面上进行沉积，形成保护层。

一种石墨烯掺杂全柔性磁电异质结，包括柔性衬底、石墨烯薄膜、铁电层、金属铁磁层和钽保护层从下而上依次设置。柔性聚酰亚胺衬底采用CO₂红外激光器进行碳化处理，以在聚酰亚胺衬底表面形成多层石墨烯薄膜。铁电层为P(VDF-TrFE)聚合物薄膜，金属铁磁层为钴铁硼薄膜。

进一步的，P(VDF-TrFE)聚合物薄膜采用80/20或70/30mol％配比的P(VDF-TrFE)聚合物。

进一步的，金属铁磁层为钴铁硼薄膜，其厚度为100～200nm，优选100nm。

进一步的，钽保护层的厚度为5nm。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：