本發(fā)明涉及一種Fe/P3HT顆粒薄膜磁電阻器件及制備方法。

背景技術(shù)：
納米磁性金屬顆粒薄膜是一種由納米尺度的磁性金屬顆粒，隨機(jī)地分布于絕緣母體材料中構(gòu)成的人工結(jié)構(gòu)納米功能材料，材料通常由磁性金屬顆粒和絕緣體母體兩部分組成，具有不同于磁性金屬或絕緣體母體的物理性能，如巨霍爾效應(yīng)、高矯頑力、高頻軟磁性、磁電阻效應(yīng)等新穎的物理性質(zhì)。其中，納米磁性金屬顆粒薄膜的磁電阻效應(yīng)由于具有高磁場(chǎng)靈敏度而被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)讀出磁頭、磁敏傳感器件等眾多領(lǐng)域中，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前絕大多數(shù)磁性金屬顆粒薄膜是以無機(jī)半導(dǎo)體或絕緣體作為母體材料，已被廣泛地研究，金屬納米顆粒包括鐵、鈷、鎳、坡莫合金、四氧化三鐵等，絕緣體(或無機(jī)半導(dǎo)體)母體包括二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、鍺等，而對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料作為母體的顆粒薄膜磁電阻器件的研究很少。與無機(jī)母體材料相比，有機(jī)半導(dǎo)體母體材料具有很多明顯的優(yōu)勢(shì)：有機(jī)半導(dǎo)體材料主要由原子序數(shù)較小的C、H、O、N等元素組成，軌道-自旋耦合強(qiáng)度較低，內(nèi)部超精細(xì)相互作用較弱，使得其自旋弛豫時(shí)間和弛豫距離比無機(jī)半導(dǎo)體高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，是理想的半導(dǎo)體自旋傳輸介質(zhì)，非常適合應(yīng)用于磁性金屬顆粒薄膜中。此外，以有機(jī)半導(dǎo)體材料為母體的電子器件還具有功耗低、重量輕、性能可調(diào)、可制作大面積柔性器件、可循環(huán)使用等很多優(yōu)勢(shì)，具有十分巨大的應(yīng)用價(jià)值。但是，由于金屬-有機(jī)半導(dǎo)體顆粒薄膜制備較困難，現(xiàn)有的制備多采用共蒸發(fā)的方法，而且研究的體系多以Co作為金屬納米材料，如：X.M.Zhao等人提供了一種Co/Alq3顆粒薄膜，研究了其磁電阻效應(yīng)，在室溫下得到-0.23％的負(fù)磁電阻(JournalofMagnetismandMangeticMaterials321，418-422，2009)；P.Sheng等人采用熱蒸發(fā)的方法制備了一種Co/TPD顆粒薄膜，室溫磁電阻為-0.3％(JournalofAlloysandCompounds，477，32-35，2009)；S.Tanabe等人也制備了一種Co-Alq3顆粒薄膜，室溫磁電阻為-0.1％(AppliedPhysicsLetters91，063123，2007)；T.Wen等人制備了Co/P3HT顆粒薄膜，該薄膜沒有出現(xiàn)室溫磁電阻(AppliedPhysicsLetters95，082509，2009)?，F(xiàn)有的研究成果表明有機(jī)顆粒薄膜的室溫磁電阻較低，且研究體系十分有限，亟需擴(kuò)大有機(jī)顆粒膜磁電阻器件的材料范圍并獲得更高的室溫磁電阻。本發(fā)明提供一種Fe/P3HT顆粒薄膜，該顆粒薄膜以納米Fe這種來源最為廣泛的鐵磁材料作為顆粒薄膜中的金屬顆粒，以聚三己基噻吩(P3HT)這種常見的有機(jī)半導(dǎo)體作為顆粒薄膜的母體，采用旋涂與離子束沉積結(jié)合的方法制備成金屬/有機(jī)半導(dǎo)體顆粒薄膜，并獲得了-0.5％的室溫磁電阻。該制備方法避免了高溫加熱，減少了對(duì)材料結(jié)構(gòu)的破壞，并可以方便地?cái)U(kuò)展到其它體系中，有望獲得更高的室溫磁電阻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種Fe/P3HT顆粒薄膜磁電阻器件，該器件在有機(jī)半導(dǎo)體P3HT薄膜上，通過離子束沉積的方法嵌入Fe的納米顆粒，形成一種顆粒薄膜結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的Co基有機(jī)半導(dǎo)體顆粒薄膜相比，制備方法更加靈活，擴(kuò)展性更強(qiáng)，室溫磁電阻更高，該Fe/P3HT顆粒薄膜磁電阻器件室溫磁電阻可達(dá)到-0.5％以上。本發(fā)明提供一種Fe/P3HT顆粒薄膜磁電阻器件，其特征在于制備過程將旋涂與離子束沉積技術(shù)相結(jié)合。所述的合成方法具體步驟如下：1)將有機(jī)半導(dǎo)體P3HT溶于三氯甲烷有機(jī)溶劑中，濃度為10mg/ml，在常溫下避光攪拌24小時(shí)，使P3HT充分溶解均勻；2)將步驟1)的混合溶液滴在清潔的玻璃襯底上，打開旋涂儀進(jìn)行旋涂，旋涂儀轉(zhuǎn)速為1000-4000rpm，旋涂時(shí)間為20-60s；3)將步驟2)的得到的覆蓋有P3HT的玻璃片放入真空干燥箱，在80℃的溫度下真空干燥10小時(shí)，得到P3HT薄膜；4)將步驟3)得到的P3HT薄膜作為襯底安裝在離子束沉積系統(tǒng)的基片轉(zhuǎn)臺(tái)上，抽真空，當(dāng)真空室壓強(qiáng)低于6.67×10-4Pa后開始沉積鐵薄膜，得到最終的Fe/P3HT磁電阻器件；5)步驟4)所述的離子束沉積過程中，靶材選用99.99％的鐵靶，襯底溫度保持常溫，襯底以20rpm的速率自轉(zhuǎn)；6)步驟4)所述的離子束沉積過程中，應(yīng)向真空室通入99.999％的高純Ar氣，真空室的Ar氣壓強(qiáng)為1.4×10-2Pa，Ar氣流量為3sccm，濺射束流為20mA，濺射能量為500eV，濺射時(shí)間為30分鐘。本發(fā)明提供的Fe/P3HT顆粒薄膜磁電阻器件的制備方法，其特征在于該方法制備Fe/P3HT薄膜的過程中，步驟2)所述的旋涂儀轉(zhuǎn)速優(yōu)選2000rpm，旋涂時(shí)間優(yōu)選40s。本發(fā)明提供了一種Fe/P3HT顆粒薄膜磁電阻器件及其制備方法，在器件的制備過程中采用旋涂與離子束沉積技術(shù)相結(jié)合的兩步方法。其中，第一步旋涂工藝十分簡便，不需要高溫，可以方便地獲得所需厚度的均勻的有機(jī)薄膜；第二步離子束沉積磁性金屬顆粒，巧妙利用有機(jī)分子較大、薄膜疏松的特點(diǎn)，利用原子團(tuán)本身的動(dòng)能和熱運(yùn)動(dòng)能量將磁性金屬顆粒嵌入到有機(jī)層中去，在特定的沉積條件下，形成顆粒薄膜。這種方法靈活簡便，不需要加熱，與現(xiàn)有薄膜工藝兼容性好，且獲得的薄膜質(zhì)量較高。附圖說明圖1是測(cè)量得到的Fe/P3HT顆粒薄膜的室溫磁電阻曲線。具體實(shí)施方式下面將通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1將50mg有機(jī)半導(dǎo)體P3HT溶于5ml三氯甲烷有機(jī)溶劑中，在常溫下避光攪拌24小時(shí)，使P3HT充分溶解均勻；將混合溶液滴在清潔的玻璃襯底上，打開旋涂儀進(jìn)行旋涂，旋涂儀轉(zhuǎn)速設(shè)為2000rpm，旋涂時(shí)間為40s，得到覆蓋有P3HT的玻璃片；將玻璃片放入真空干燥箱，在80℃的溫度下真空干燥10小時(shí)，得到P3HT薄膜；使用中國科學(xué)院沈陽科儀中心生產(chǎn)的FJL560C雙室超高真空磁控與離子束鍍膜裝置進(jìn)行鐵薄膜的制備：將制備好的P3HT薄膜基片安裝在離子束沉積系統(tǒng)的基片轉(zhuǎn)臺(tái)上，抽真空，當(dāng)真空室壓強(qiáng)低于6.67×10-4Pa后開始沉積鐵薄膜。沉積過程選用純度為99.99％的鐵作為濺射靶材，襯底溫度保持常溫并以20rpm的速率自轉(zhuǎn)；沉積過程中向真空室通入99.999％的高純Ar氣，真空室的Ar氣壓強(qiáng)為1.4×10-2Pa，Ar氣流量為3sccm，濺射束流為20mA，濺射能量為500eV，濺射時(shí)間為30分鐘。沉積完成后，關(guān)閉分子泵和機(jī)械泵，打開真空室，取出樣品，得到最終的Fe/P3HT磁電阻器件。采用QuantumDesign公司的物理性質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)(PPMS-9)測(cè)量了所得顆粒薄膜的室溫磁電阻曲線，測(cè)量結(jié)果如說明書附圖1所示。從圖中可以看出，該有機(jī)顆粒薄膜磁電阻器件的室溫磁電阻達(dá)到-0.58％。這里磁電阻定義為MR＝(R0-RH)/R0×100％，其中R0表示在零磁場(chǎng)下的電阻，RH表示在磁場(chǎng)下的電阻。實(shí)施例2將50mg有機(jī)半導(dǎo)體P3HT溶于5ml三氯甲烷有機(jī)溶劑中，在常溫下避光攪拌24小時(shí)，使P3HT充分溶解均勻；將混合溶液滴在清潔的玻璃襯底上，打開旋涂儀進(jìn)行旋涂，旋涂儀轉(zhuǎn)速設(shè)為3000rpm，旋涂時(shí)間為30s，得到覆蓋有P3HT的玻璃片；將玻璃片放入真空干燥箱，在80℃的溫度下真空干燥10小時(shí)，得到P3HT薄膜；使用中國科學(xué)院沈陽科儀中心生產(chǎn)的FJL560C雙室超高真空磁控與離子束鍍膜裝置進(jìn)行鐵薄膜的制備：將制備好的P3HT薄膜基片安裝在離子束沉積系統(tǒng)的基片轉(zhuǎn)臺(tái)上，抽真空，當(dāng)真空室壓強(qiáng)低于6.67×10-4Pa后開始沉積鐵薄膜。沉積過程選用純度為99.99％的鐵作為濺射靶材，襯底溫度保持常溫并以20rpm的速率自轉(zhuǎn)；沉積過程中向真空室通入99.999％的高純Ar氣，真空室的Ar氣壓強(qiáng)為1.4×10-2Pa，Ar氣流量為3sccm，濺射束流為20mA，濺射能量為500eV，濺射時(shí)間為30分鐘。沉積完成后，關(guān)閉分子泵和機(jī)械泵，打開真空室，取出樣品，得到最終的Fe/P3HT磁電阻器件。采用Dektak3表面形貌儀測(cè)量得到薄膜厚度約為40納米。