專利名稱：具有磁電阻效應(yīng)的磁性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁性薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬和有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合的顆粒膜及其制 備方法。
背景技術(shù)：
巨磁電阻效應(yīng)，在磁傳感器和磁存儲(chǔ)領(lǐng)域里巳得到了廣泛應(yīng)用。但目前應(yīng)用最廣的還 是基于無機(jī)體系的磁性多層膜結(jié)構(gòu)(自旋閥)和顆粒膜結(jié)構(gòu)。利用這種無機(jī)體系的結(jié)構(gòu)制 備的功能器件，盡管有較大的巨磁電阻效應(yīng)，但是其制備工藝比較復(fù)雜，成本相對(duì)也較高。
同時(shí)，由于有機(jī)材料在物理、化學(xué)特性和制備工藝方面相比無機(jī)材料有著獨(dú)特優(yōu)越性， 目前在學(xué)術(shù)界已開始得到廣泛的關(guān)注。基于上述考慮我們制備并研究了一系列磁性金屬與 有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合的納米顆粒膜，并發(fā)現(xiàn)在該種材料中也具有巨磁電阻效應(yīng)，可應(yīng)用于相關(guān) 領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的具備巨磁電阻效應(yīng)的材料體系一一磁性復(fù)合有機(jī)納 米顆粒膜，并提供制備該薄膜的方法。
本發(fā)明提供的磁性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜，是由磁性金屬材料(FM)和有機(jī)半導(dǎo)體材料 (OSC)通過共蒸發(fā)的方法制備獲得，記為FM/OSC，由磁性金屬材料納米顆粒均勻鑲嵌于 有機(jī)半導(dǎo)體基底中組成，表示為(A)x(B)Lx， x表示材料的質(zhì)量份額參數(shù)，0.28<x<0.56，其 中A為磁性金屬材料，B為有機(jī)半導(dǎo)體材料。
磁性金屬材料(FM)可以選擇Fe,Co或Ni等，或者選用合金如FeNi或FeCo等。
有機(jī)半導(dǎo)體材料(OSC)可以選擇適合用蒸鍍的方法制備的小分子材料如 三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3), N,N'-二苯基一N,N'-二(3-甲基苯基)—l，l'-聯(lián)苯-4,4'-二胺(TPD), N,N'-二(1 -萘基)-N,N'-二苯基-1,1 '-聯(lián)苯-4,4'-二胺(NPB)等。
本發(fā)明的復(fù)合納米膜具有如下特性
(1) 通過微結(jié)構(gòu)和磁性測試，分析其為磁性納米顆粒膜結(jié)構(gòu)；
(2) 隨著溫度的降低，電阻率相應(yīng)增大；
(3) 具有負(fù)的巨磁電阻效應(yīng)，且隨著溫度降低磁電阻效應(yīng)增強(qiáng)；
(4) 磁電阻效應(yīng)與磁性金屬含量緊密關(guān)聯(lián)，通過改變含量可以調(diào)控其大小，且在某
一合適金屬比分的情況下，磁電阻效應(yīng)會(huì)出現(xiàn)峰值。
本發(fā)明提出的磁性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜的制備方法如下
采用真空熱蒸發(fā)鍍膜的工藝，真空度約lxl(r3Pa--lxlO-4Pa。將磁性金屬材料和有機(jī) 半導(dǎo)體材料共沉積在清洗干凈的絕緣襯底上如玻璃，形成20-1000nm厚度的磁性有機(jī)半 導(dǎo)體顆粒膜。通過調(diào)節(jié)二種材料的蒸發(fā)速率可控制薄膜中二種成分的體積比。其中， 一般 控制磁性金屬材料的蒸鍍速率為0.05A/s-5A/s之間，控制有機(jī)半導(dǎo)體的蒸鍍速率為
0.1A/s-ioA/s之間。
本發(fā)明提供了新的磁性功能材料——磁性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜，該材料具有巨磁電阻 效應(yīng)，其電阻率隨著溫度降低急劇增加，并提供了制備該薄膜的方法。通過共蒸發(fā)的方法 將磁性金屬與有機(jī)半導(dǎo)體蒸鍍?cè)诨迳?，形成顆粒膜結(jié)構(gòu)。利用該種薄膜材料制成的磁傳 感器和磁存儲(chǔ)元器件，其工藝相對(duì)于無機(jī)體系的材料大為簡化，成本降低，可用于磁傳感 器和磁存儲(chǔ)元器件或溫度傳感器，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1: COo.44(Alq3)o.56顆粒膜的磁電阻效應(yīng)。
圖2: x=0.44的Cox(Alq3)^樣品的電阻與溫度關(guān)系圖。 圖3: x=0.44的CoXAlqA—x顆粒膜樣品的HRTEM圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的制備技術(shù)方案，以便更好地理解本發(fā)明內(nèi)容。 實(shí)施例1
Co/Alq3納米顆粒膜的制備
a、 用于沉積的基片，采用載玻片，經(jīng)過清洗后晾干，置入真空腔中。
b、 用機(jī)械泵和分子泵將真空腔抽至較高真空，約5xlO"Pa。
c、 真空腔底部配置兩個(gè)蒸發(fā)源——有機(jī)半導(dǎo)體源和磁性金屬材料源。通過對(duì)加熱 電壓和溫度的調(diào)控，以及膜厚儀的實(shí)時(shí)監(jiān)控，來控制成膜過程。磁性金屬的蒸發(fā)速率，控 制在0.05-0.5A/s之間，有機(jī)材料的速率控制在0.1-1 A/s之間，并通過其相對(duì)速率來控制薄 膜組分。
d、 利用物理特性測試系統(tǒng)(PPMS)對(duì)該樣品進(jìn)行磁電阻的測試，發(fā)現(xiàn)在低溫下磁 性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜隨著x(金屬體積比分)的增加，磁電阻效應(yīng)先增加后減小，在 x=0.3-0.5的樣品中有比較明顯的巨磁電阻效應(yīng)，同時(shí)，在r0.44樣品中，達(dá)到最大值， -5.3%(T=30K)，見圖1。
e、 隨著溫度的升高磁電阻效應(yīng)逐漸減小，在室溫下約有0.3%的磁電阻效應(yīng)。此
外，隨著溫度的降低，其電阻率急劇增加，如圖2。
f、 利用Jeol JEM-2010的高分辨電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)典型的顆粒膜 特征，如圖3。
g、 利用其磁電阻特性，可用于磁傳感器和磁存儲(chǔ)元器件。利用其電阻的溫度特性， 可用于溫度傳感器。
實(shí)施例2
Co/TPD納米顆粒膜的制備
a、 用于沉積的基片，采用載玻片，經(jīng)過清洗后晾干，置入真空腔中。
b、 用機(jī)械泵和分子泵將真空腔抽至較高真空，約5xl0—4Pa。
c、 真空腔底部配置兩個(gè)蒸發(fā)源——有機(jī)源和金屬源。通過對(duì)加熱電壓和溫度的調(diào) 控，以及膜厚儀的實(shí)時(shí)監(jiān)控，來控制成膜過程。磁性金屬的蒸發(fā)速率，控制在0.05-0.5A/s 之間，有機(jī)材料的速率控制在0.1-lA/s之間，并通過其相對(duì)速率來控制薄膜組分。
d、 利用物理特性測試系統(tǒng)(PPMS)對(duì)該樣品進(jìn)行磁電阻的測試，在x=0.28的樣品 中巨磁電阻效應(yīng)達(dá)到-1.1%(T=4.2K)。
e、 隨著溫度的升高磁電阻效應(yīng)逐漸減小，此外，隨著溫度的降低，其電阻率急劇 增加。
該薄膜同樣可以用于磁傳感器和磁存儲(chǔ)元器件。 實(shí)施例3
Fe/Alq3納米顆粒膜的制備
a、 用于沉積的基片，采用載玻片，經(jīng)過清洗后晾干，置入真空腔中。
b、 用機(jī)械泵和分子泵將真空腔抽至較高真空，約5xl(^Pa。
c、 真空腔底部配置兩個(gè)蒸發(fā)源——有機(jī)源和金屬源。通過對(duì)加熱電壓和溫度的調(diào) 控，以及膜厚儀的實(shí)時(shí)監(jiān)控，來控制成膜過程。磁性金屬的蒸發(fā)速率，控制在0.05-0.5A/s 之間，有機(jī)材料的速率控制在0.1-lA/s之間，并通過其相對(duì)速率來控制薄膜組分。
d、 禾i」用物理特性測試系統(tǒng)(PPMS)對(duì)該樣品進(jìn)行磁電阻的測試，在x=0.56的樣品 中巨磁電阻效應(yīng)達(dá)到-0.13% (T=30K)。
e、 隨著溫度的升高磁電阻效應(yīng)逐漸減小，此外，隨著溫度的降低，其電阻率急劇 增加。
該薄膜同樣可以用于磁傳感器和磁存儲(chǔ)元器件。
權(quán)利要求
1、一種具有磁電阻效應(yīng)的磁性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜，其特征在于是由磁性金屬材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料通過共蒸發(fā)的方法制備獲得，由磁性金屬材料納米顆粒均勻鑲嵌于有機(jī)半導(dǎo)體基底中，表示為(A)x(B)1-x，0.28＜x＜0.56，其中A為磁性金屬材料，B為有機(jī)半導(dǎo)體材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有磁電阻效應(yīng)的磁性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜，其特征在于 所述磁性金屬材料選自Fe、Co或Ni，或者選自合金FeNi或FeCo;有機(jī)半導(dǎo)體材料選自三 (8-羥基喹啉)鋁，^^-二苯基一>^^-二(3 —甲基苯基)一1，1'-聯(lián)苯-4,4'-二胺，N,N'-二(1-萘 萄-N，N'-二苯基-tr-聯(lián)苯-4,4'-二胺。
3、 一種如權(quán)利要求1所述的具有磁電阻效應(yīng)的磁性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜的制備方法， 其特征在于具體步驟如下采用真空熱蒸發(fā)鍍膜的工藝，真空度為lxl0—3Pa--lxl0—4Pa;將磁性金屬材料和有機(jī) 半導(dǎo)體材料共沉積在清洗干凈的絕緣襯底上，形成20-1000nm厚度的磁性有機(jī)半導(dǎo)體顆粒 膜；其中，控制磁性金屬材料的蒸鍍速率為0.05A/s-5A/s，控制有機(jī)半導(dǎo)體的蒸鍍速率為 0.lA/s-10A/s之間。
全文摘要
本發(fā)明屬于磁性薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有巨磁電阻效應(yīng)的磁性復(fù)合有機(jī)納米顆粒膜及其制備方法。該薄膜材料是由磁性金屬材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料通過共蒸發(fā)的方法制備獲得，磁性金屬材料納米顆粒均勻鑲嵌于有機(jī)半導(dǎo)體基底中，表示為(A)_x(B)_1-x，0.28＜x＜0.56，其中A為磁性金屬材料，B為有機(jī)半導(dǎo)體材料。該薄膜材料可廣泛用于磁傳感器、磁存儲(chǔ)、溫度傳感器等元器件。
文檔編號(hào)H01L43/00GK101354945SQ20081003774
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者剛 倪, 吳俊奇, 奇 樹, 殷建芳, 鵬 盛, 趙曉萌 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)