一種采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，該方法采用原子層沉積法，以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，在金屬襯底上沉積四氧化三鐵，通過原子層沉積系統(tǒng)將二茂鐵與氧氣交替通入原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔內(nèi)，實現(xiàn)四氧化三鐵在不同金屬襯底上的沉積，進而構(gòu)建出氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)。本方法制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)具有成本低，薄膜成分和厚度精確可控，三維均勻保形好等優(yōu)點，可作為磁電耦合調(diào)控的關(guān)鍵器件。
【專利說明】
一種采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電子薄膜材料與器件領(lǐng)域，涉及一種采用原子層沉積法(ALD)制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的尺寸越來越小，而傳統(tǒng)器件的存儲密度和運行速度越來越接近其物理極限，這是因為傳統(tǒng)的電子器件以電子的電荷作為信息載體，不考慮電子自旋。自旋電子學(xué)是研究電子的自旋極化輸運特性而開發(fā)的電子器件為主要內(nèi)容的一門學(xué)科，作為一門新興學(xué)科，其發(fā)展還面臨著諸多挑戰(zhàn)。四氧化三鐵(Fe3O4)是一種重要的3d過渡金屬化合物，其電子的自旋極化率很高，是自旋電子學(xué)方面有可能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的材料之一。常見的四氧化三鐵薄膜的生長方法包括有:脈沖激光沉積法(pulsedlaser deposit1n，PLD)，激光分子束外延法(laser molecular beam epitaxy，LMBE)，磁控派射(magnetron sputtering，包括射頻磁控派射，直流磁控派射和勵磁磁控派射)和高能離子束蒸發(fā)(High-energy 1n beam evaporat1n)等。這些方法均為高能量制備工藝，制備過程通常會將鐵完全氧化成為三價的Fe2O3,然后在通過后續(xù)的氫氣氣氛的退火得到Fe304。由于這些方法或者在沉積過程或者在退火過程中會在高溫下進行，使得對于在柔性聚合物基底制備Fe3O4薄膜不可能實現(xiàn)。另外隨著對性能要求的不斷提升，需要在三維結(jié)構(gòu)(如縱深比很大的溝槽，3D鰭式結(jié)構(gòu)等)表面制備厚度為幾納米的薄膜，而上述幾種方法由于沉積原理的限制導(dǎo)致其無法在復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)表面制得厚度及組分高度可控的薄膜，從而阻礙了實際應(yīng)用的實現(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，該方法通過對原子層沉積過程的精確控制，能夠在不同金屬襯底上沉積化學(xué)配比與膜厚度精確可控的磁性薄膜，可以用于在具有復(fù)雜三維納米結(jié)構(gòu)的金屬襯底上制備三維均勻保形的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]—種采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，包括以下步驟:
[0006]I)金屬襯底預(yù)處理:將金屬襯底在具有氧化性的洗液中浸泡處理，然后用去離子水沖洗干凈并用氮氣吹干，備用；
[0007]2)以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，將二茂鐵裝入原子層沉積系統(tǒng)固態(tài)源鋼瓶中并加熱到150?165°C，將氧氣通過管路連接到原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔中備用；
[0008]3)將步驟I)備好的金屬襯底放入原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔中，將反應(yīng)腔的溫度升至400?500°C后保溫，使金屬襯底均勻受熱；
[0009]4)設(shè)置沉積參數(shù):設(shè)置二茂鐵源的載氣高流量為150?250SCCm，脈沖時間為2?4s，清洗時間為25?40s，二茂鐵的載氣低流量為50?lOOsccm，低流量載氣持續(xù)時間為20?30s;設(shè)置氧氣源的流量為200?300sccm，脈沖時間為6?12s，清洗時間為10?20s;設(shè)置管路的流量為250?350sccm，保證原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔中的壓強維持在1500?2500Pa;
[0010] 5)按照步驟4)設(shè)置的參數(shù)在金屬襯底上進行循環(huán)沉積，得到氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)，并通過控制循環(huán)沉積的次數(shù)調(diào)控氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的厚度;其中一次循環(huán)沉積為先進行一個二茂鐵源源脈沖，二茂鐵源脈沖結(jié)束后清洗管路，然后進行一個氧氣脈沖，氧氣源脈沖結(jié)束后清洗管路。
[0011 ]所述的金屬襯底包括Cu襯底、Ni襯底和Al襯底。
[0012]所述步驟I)中具有氧化性的洗液為體積比為1:1?5:1的濃硫酸與雙氧水的混合溶液，金屬襯底的處理時間為I?1分鐘。
[0013]沉積過程中以氮氣作為二茂鐵的載氣，并且在開始沉積前先對裝有二茂鐵的原子層沉積系統(tǒng)固態(tài)源鋼瓶進行預(yù)抽氣處理，以排除其中的空氣。
[0014]所述步驟3)中的保溫時間為I.5?2.5h。
[0015]循環(huán)沉積過程中用氮氣清洗管路。
[0016]循環(huán)沉積的次數(shù)為200?1000次。
[0017]ffjlj得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)包括Fe304/Cu異質(zhì)結(jié)、Fe304/Ni異質(zhì)結(jié)和Fe304/Al異質(zhì)結(jié)，且Fe3O4具有鐵磁性。
[0018]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0019]本發(fā)明提供的采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，該方法采用原子層沉積法，以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，在金屬襯底上沉積四氧化三鐵，通過原子層沉積系統(tǒng)將二茂鐵與氧氣交替通入原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔內(nèi)，實現(xiàn)四氧化三鐵(Fe3O4)在不同金屬襯底上的沉積，進而構(gòu)建出氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)。原子層沉積法作為一種新型的薄膜制備手段，其沉積原理是反應(yīng)源物質(zhì)在基底表面通過吸附化學(xué)反應(yīng)形成膜，反應(yīng)特點是整個過程包括兩個互補的和自限制性的半反應(yīng)過程構(gòu)成，是一種低能量的生長過程，這有利于實現(xiàn)在較低溫度下制備四氧化三鐵，從而實現(xiàn)在一些特殊襯底上的制備需要。由原子層沉積的原理可以知道，利用該方法可以在原子尺度上實現(xiàn)對制備薄膜厚度與組成的精確控制，在襯底上制備高質(zhì)量的薄膜材料。因此原子層沉積是制備自旋電子學(xué)中的氧化物/金屬異質(zhì)結(jié)的一種理想方法。本發(fā)明通過對原子層沉積過程的精心設(shè)計和精確控制，實現(xiàn)了在不同金屬襯底上沉積化學(xué)配比與膜厚度精確可控的磁性薄膜，從而得到氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的目的。本發(fā)明制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)可作為磁電耦合調(diào)控的關(guān)鍵器件。本發(fā)明中的原料采用廉價易得、無毒，無污染的二茂鐵與氧氣作為前軀體源，整個反應(yīng)過程在原子層沉積系統(tǒng)中一次性完成，制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)質(zhì)量高度可控，且對環(huán)境無污染，是一種安全高效的制備方法。該方法可以用于在具有復(fù)雜三維納米結(jié)構(gòu)的金屬襯底上制備出100%三維均勻保形的磁性異質(zhì)結(jié)，是制備三維磁性異質(zhì)結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)和全新方法，為實現(xiàn)大面積，低成本三維氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的制備和磁電耦合調(diào)控提供了一種可選的新方法。本方法制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)具有成本低，薄膜成分和厚度精確可控，三維均勻保形好等優(yōu)點。本發(fā)明制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)通過拉曼光譜儀、場發(fā)射掃描電鏡、透射電子顯微鏡、震動樣品磁強計、電子順磁共振波譜儀等先進測試儀器進行測試和分析，測試結(jié)果表明制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)具有如下性質(zhì):I)通過原子層沉積在不同金屬襯底上制得的薄膜為純相的四氧化三鐵Fe3O4,而非Fe203(32)制得的Fe3O4薄膜表面光滑，晶粒大小均勻，具有很好的三維保形性且厚度精確可控。3)制得的Fe3O4薄膜為鐵磁性。4)制得的Fe3O4可實現(xiàn)磁電耦合調(diào)控。
[°02°]進一步的，本發(fā)明制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)為Fe304/Cu異質(zhì)結(jié)，F(xiàn)e304/Ni異質(zhì)結(jié)或Fe304/Al異質(zhì)結(jié);其中Fe3O4為四氧化三鐵，是鐵磁性氧化物，通過原子層沉積原位生長金屬襯底上;Cu、N1、Al為金屬襯底。
[0021]進一步的，本發(fā)明在沉積過程以高純氮氣作為載氣，并使用高純氮氣清洗管路，而且在開始沉積前對二茂鐵源鋼瓶進行預(yù)抽氣處理，以排除管路和二茂鐵源中殘余的空氣，并且保證二茂鐵源有充足的飽和蒸氣壓來保證脈沖的穩(wěn)定，同時保證二茂鐵不會在加熱過程中被氧化分解。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實施例1、2、3制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的拉曼圖譜；
[0023]圖2是本發(fā)明實施例1制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0024]圖3是本發(fā)明實施例2制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的場發(fā)射掃描電鏡照片。
[0025]圖4是本發(fā)明實施例2制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的電子順磁共振波譜圖。
[0026]圖5是本發(fā)明實施例3制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的電子順磁共振波譜圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合本發(fā)明較優(yōu)的實施例和附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0028]實施例1
[0029]I)、襯底預(yù)處理:將實驗所需的Cu襯底在體積比為濃H2SO4: H2O2 = 1:1的洗液中處理3分鐘，然后將襯底從洗液中取出，用大量去離子水沖洗并用高純氮氣吹干備用；
[0030]2)、以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，沉積四氧化三鐵薄膜。將二茂鐵裝入原子層沉積系統(tǒng)專用固態(tài)源鋼瓶并加熱到150°C，將氧氣通過專用管路連接到原子沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔備用。在開始沉積前對二茂鐵源鋼瓶進行預(yù)抽氣處理，以排除裝源過程中混入的空氣，并且保證二茂鐵源脈沖的穩(wěn)定和不會在加熱過程中被氧化分解；
[0031]3)、將步驟I)預(yù)處理好的金屬襯底通過真空機械手臂加載系統(tǒng)送入反應(yīng)腔體，將腔體溫度設(shè)置為400°C，當(dāng)腔體溫度達到設(shè)定溫度值后，保溫1.5h使襯底充分均勻受熱；
[0032]4)、設(shè)定沉積參數(shù):將二茂鐵源的載氣高流量設(shè)置為150SCCm，脈沖時間設(shè)置為2s，清洗時間設(shè)置為25s，二茂鐵的載氣低流量設(shè)置為50sCCm，低流量持續(xù)時間設(shè)置為20s，二茂鐵的載氣為高純氮氣;將氧氣源的流量設(shè)置為200sCCm，脈沖時間設(shè)置為6s，清洗時間設(shè)置為1s;管路流量設(shè)定為250sCCm保證腔體反應(yīng)壓強維持在1700Pa左右。
[0033]5)、在完成步驟3)與步驟4)的設(shè)定之后，開始進行沉積。第一次脈沖為二茂鐵源脈沖，脈沖結(jié)束后系統(tǒng)自動使用高純氮氣清洗管路，第二次脈沖為氧氣脈沖，脈沖結(jié)束后系統(tǒng)自動使用高純氮氣清洗管路，此時完成一個ALD循環(huán)沉積過程。如此反復(fù)循環(huán)沉積300次，在Cu襯底上沉積出預(yù)設(shè)厚度的均勻Fe3O4薄膜，即得到Fe3OVCu異質(zhì)結(jié)。
[0034]實施例2
[0035]I)、襯底準(zhǔn)備:將實驗所需的Ni襯底在體積比為濃H2SO4:H2O2 = 3:1的洗液中處理5分鐘，然后將襯底從洗液中取出，用大量去離子水沖洗并用氮氣吹干備用；
[0036]2)、以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，沉積四氧化三鐵薄膜。將二茂鐵裝入原子層沉積系統(tǒng)專用固態(tài)源鋼瓶并加熱到160°C，將氧氣通過專用管路連接到原子沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔備用。在開始沉積前對二茂鐵源鋼瓶進行預(yù)抽氣處理，以排除裝源過程中混入的空氣，并且保證二茂鐵源脈沖的穩(wěn)定和不會在加熱過程中被氧化分解；
[0037]3)、將步驟I)預(yù)處理好的襯底通過機械手臂送入反應(yīng)腔體，將腔體的加熱溫度設(shè)置為450°C，當(dāng)腔體溫度達到設(shè)定溫度值后，保溫2h使襯底充分均勻受熱；
[0038]4)、設(shè)定沉積參數(shù):將二茂鐵源的載氣高流量設(shè)置為200SCCm，脈沖時間設(shè)置為3s，清洗時間設(shè)置為30s，二茂鐵的載氣低流量設(shè)置為70Sccm，低流量持續(xù)時間設(shè)置為25s，二茂鐵的載氣為高純氮氣;將氧氣源的流量設(shè)置為250sCCm，脈沖時間設(shè)置為8s，清洗時間設(shè)置為12s;管路流量設(shè)定為300sCCm保證腔體反應(yīng)壓強維持在1800Pa;
[0039]5)、在完成步驟3)與步驟4)的設(shè)定之后，開始進行沉積。第一次脈沖為二茂鐵源脈沖，脈沖結(jié)束后按程序設(shè)定自動使用高純氮氣清洗管路，第二次脈沖為氧氣源脈沖，脈沖結(jié)束后按程序設(shè)定自動使用高純氮氣清洗管路，此時完成一個循環(huán)沉積過程。如此反復(fù)循環(huán)沉積600次，在Ni襯底上沉積出預(yù)設(shè)厚度的均勻Fe3O4薄膜，即得到Fe3OVNi異質(zhì)結(jié)。
[0040]實施例3
[0041 ] I)、襯底準(zhǔn)備:將實驗所需的Al襯底在體積比為濃H2SO4:H2O2 = 5:1的洗液中處理10分鐘，然后襯底從洗液中取出，用大量去離子水沖洗并用氮氣吹干備用；
[0042]2)、以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，沉積四氧化三鐵。將二茂鐵裝入原子層沉積系統(tǒng)專用固態(tài)源鋼瓶并加熱到165°C，將氧氣通過專用管路連接到原子沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔備用。在開始沉積前對二茂鐵源鋼瓶進行預(yù)抽氣處理，以排除裝源過程中混入的空氣，并且保證二茂鐵源脈沖穩(wěn)定和不會在加熱過程中被氧化分解；
[0043]3)、將步驟I)預(yù)處理好的襯底通過機械手臂送入反應(yīng)腔體，將腔體的加熱溫度設(shè)置為500°C，當(dāng)腔體溫度達到設(shè)定溫度值后，保溫2.5h使襯底充分均勻受熱；
[0044]4)、設(shè)定沉積參數(shù):將二茂鐵源的載氣高流量設(shè)置為250sCCm，脈沖時間設(shè)置為4s，清洗時間設(shè)置為40s，二茂鐵的載氣低流量設(shè)置為lOOsccm，低流量持續(xù)時間設(shè)置為30s，二茂鐵的載氣為高純氮氣;將氧氣源的流量設(shè)置為300sCCm，脈沖時間設(shè)置為10s，清洗時間設(shè)置為14s;管路流量設(shè)定為350sCCm保證腔體反應(yīng)壓強維持在1900Pa;
[0045]5)、在完成步驟3)與步驟4)的設(shè)定之后，開始進行沉積。第一次脈沖為二茂鐵源脈沖，脈沖結(jié)束后按程序設(shè)定自動使用高純氮氣清洗管路，第二次脈沖為氧氣源脈沖，脈沖結(jié)束后按程序設(shè)定自動使用高純氮氣清洗管路，此時完成一個循環(huán)沉積過程。如此反復(fù)循環(huán)沉積700次，在Al襯底上沉積出預(yù)設(shè)厚度的均勻Fe3O4薄膜，即得到Fe3OVAl異質(zhì)結(jié)。
[0046]實施例4
[0047]I)、襯底預(yù)處理:將實驗所需的Cu襯底在體積比為濃H2SO4:H2O2 = 2:1的洗液中處理7分鐘，然后將襯底從洗液中取出，用大量去離子水沖洗并用高純氮氣吹干備用；
[0048]2)、以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，沉積四氧化三鐵薄膜。將二茂鐵裝入原子層沉積系統(tǒng)專用固態(tài)源鋼瓶并加熱到155°C，將氧氣通過專用管路連接到原子沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔備用。在開始沉積前對二茂鐵源鋼瓶進行預(yù)抽氣處理，以排除裝源過程中混入的空氣，并且保證二茂鐵源脈沖的穩(wěn)定和不會在加熱過程中被氧化分解；
[0049]3)、將步驟I)預(yù)處理好的金屬襯底通過真空機械手臂加載系統(tǒng)送入反應(yīng)腔體，將腔體溫度設(shè)置為420°C，當(dāng)腔體溫度達到設(shè)定溫度值后，保溫1.Sh使襯底充分均勻受熱；
[0050]4)、設(shè)定沉積參數(shù):將二茂鐵源的載氣高流量設(shè)置為ISOsccm，脈沖時間設(shè)置為
2.5s，清洗時間設(shè)置為35s，二茂鐵的載氣低流量設(shè)置為60SCCm，低流量持續(xù)時間設(shè)置為22s，二茂鐵的載氣為高純氮氣;將氧氣源的流量設(shè)置為220SCCm，脈沖時間設(shè)置為9s，清洗時間設(shè)置為17s;管路流量設(shè)定為280SCCm保證腔體反應(yīng)壓強維持在1500Pa左右。
[0051]5)、在完成步驟3)與步驟4)的設(shè)定之后，開始進行沉積。第一次脈沖為二茂鐵源脈沖，脈沖結(jié)束后系統(tǒng)自動使用高純氮氣清洗管路，第二次脈沖為氧氣脈沖，脈沖結(jié)束后系統(tǒng)自動使用高純氮氣清洗管路，此時完成一個ALD循環(huán)沉積過程。如此反復(fù)循環(huán)沉積200次，在Cu襯底上沉積出預(yù)設(shè)厚度的均勻Fe3O4薄膜，即得到Fe3OVCu異質(zhì)結(jié)。
[0052]實施例5
[0053]I)、襯底準(zhǔn)備:將實驗所需的Ni襯底在體積比為濃H2SO4:H2O2 = 4:1的洗液中處理I分鐘，然后將襯底從洗液中取出，用大量去離子水沖洗并用氮氣吹干備用；
[0054]2)、以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，沉積四氧化三鐵薄膜。將二茂鐵裝入原子層沉積系統(tǒng)專用固態(tài)源鋼瓶并加熱到158°C，將氧氣通過專用管路連接到原子沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔備用。在開始沉積前對二茂鐵源鋼瓶進行預(yù)抽氣處理，以排除裝源過程中混入的空氣，并且保證二茂鐵源脈沖的穩(wěn)定和不會在加熱過程中被氧化分解；
[0055]3)、將步驟I)預(yù)處理好的襯底通過機械手臂送入反應(yīng)腔體，將腔體的加熱溫度設(shè)置為480°C，當(dāng)腔體溫度達到設(shè)定溫度值后，保溫2.2h使襯底充分均勻受熱；
[0056]4)、設(shè)定沉積參數(shù):將二茂鐵源的載氣高流量設(shè)置為220sCCm，脈沖時間設(shè)置為
3.5s，清洗時間設(shè)置為28s，二茂鐵的載氣低流量設(shè)置為SOsccm，低流量持續(xù)時間設(shè)置為28s，二茂鐵的載氣為高純氮氣;將氧氣源的流量設(shè)置為280SCCm，脈沖時間設(shè)置為12s，清洗時間設(shè)置為20s;管路流量設(shè)定為320sCCm保證腔體反應(yīng)壓強維持在2500Pa;
[0057]5)、在完成步驟3)與步驟4)的設(shè)定之后，開始進行沉積。第一次脈沖為二茂鐵源脈沖，脈沖結(jié)束后按程序設(shè)定自動使用高純氮氣清洗管路，第二次脈沖為氧氣源脈沖，脈沖結(jié)束后按程序設(shè)定自動使用高純氮氣清洗管路，此時完成一個循環(huán)沉積過程。如此反復(fù)循環(huán)沉積1000次，在Ni襯底上沉積出預(yù)設(shè)厚度的均勻Fe3O4薄膜，即得到Fe3OVNi異質(zhì)結(jié)。
[0058]圖1是本發(fā)明實施例1、2、3制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的拉曼圖譜，從圖1中可以看出，本發(fā)明利用原子層沉積法在&!41，附襯底上制得的薄膜的相組成為?的04。
[0059]圖2是本發(fā)明實施例1制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的場發(fā)射掃描電鏡照片，從圖2中可以看出，本發(fā)明利用原子層沉積法在Cu襯底上制得的Fe3O4表面平整，致密度高，保型性好。
[0060]圖3是本發(fā)明實施例2制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的場發(fā)射掃描電鏡照片，從圖3中可以看出，本發(fā)明利用原子層沉積法在Ni襯底上制得的Fe3O4表面平整，致密度高，保型性好。
[0061]圖4是本發(fā)明實施例2制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的電子順磁共振波譜圖，從圖4中可以看出，本發(fā)明利用原子層沉積法在Cu襯底上制得的Fe3O4為鐵磁性，其面內(nèi)共振場和面外共振場分別為2150e和4430e。
[0062]圖5是本發(fā)明實施例3制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的電子順磁共振波譜圖，從圖5中可以看出，本發(fā)明利用原子層沉積法在Al襯底上制得的Fe3O4為鐵磁性，其面內(nèi)共振場和面外共振場分別為2150e和4640e。
【主權(quán)項】
1.一種采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)金屬襯底預(yù)處理:將金屬襯底在具有氧化性的洗液中浸泡處理，然后用去離子水沖洗干凈并用氮氣吹干，備用； 2)以二茂鐵作為鐵源，氧氣作為氧源，將二茂鐵裝入原子層沉積系統(tǒng)固態(tài)源鋼瓶中并加熱到150?165°C，將氧氣通過管路連接到原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔中備用； 3)將步驟I)備好的金屬襯底放入原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔中，將反應(yīng)腔的溫度升至400?500°C后保溫，使金屬襯底均勻受熱； 4)設(shè)置沉積參數(shù):設(shè)置二茂鐵源的載氣高流量為150?250SCCm，脈沖時間為2?4s，清洗時間為25?40s，二茂鐵的載氣低流量為50?lOOsccm，低流量載氣持續(xù)時間為20?30s;設(shè)置氧氣源的流量為200?300SCCm，脈沖時間為6?12s，清洗時間為10?20s;設(shè)置管路的流量為250?350sccm，保證原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔中的壓強維持在1500?2500Pa; 5)按照步驟4)設(shè)置的參數(shù)在金屬襯底上進行循環(huán)沉積，得到氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)，并通過控制循環(huán)沉積的次數(shù)調(diào)控氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的厚度;其中一次循環(huán)沉積為先進行一個二茂鐵源源脈沖，二茂鐵源脈沖結(jié)束后清洗管路，然后進行一個氧氣脈沖，氧氣源脈沖結(jié)束后清洗管路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于:所述的金屬襯底包括Cu襯底、Ni襯底和Al襯底。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于:所述步驟I)中具有氧化性的洗液為體積比為1:1?5:1的濃硫酸與雙氧水的混合溶液，金屬襯底的處理時間為I?1分鐘。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于:沉積過程中以氮氣作為二茂鐵的載氣，并且在開始沉積前先對裝有二茂鐵的原子層沉積系統(tǒng)固態(tài)源鋼瓶進行預(yù)抽氣處理，以排除其中的空氣。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于:所述步驟3)中的保溫時間為1.5?2.5h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于:循環(huán)沉積過程中用氮氣清洗管路。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于:循環(huán)沉積的次數(shù)為200?1000次。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用原子層沉積法制備氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)的方法，其特征在于:制得的氧化物/金屬磁性異質(zhì)結(jié)包括Fe304/Cu異質(zhì)結(jié)、Fe304/Ni異質(zhì)結(jié)和Fe304/Al異質(zhì)結(jié)，且Fe3C>4具有鐵磁性。
【文檔編號】C23C16/02GK105925956SQ201610352527
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】劉明, 張樂, 任巍, 張易軍
【申請人】西安交通大學(xué)