交換偏置場可調控的結構單元、其制備方法及調控方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性磁電子器件領域，特別涉及一種交換偏置場可調控的結構單元、其制備方法及調控方法。
【背景技術】
[0002]交換偏置現象是包含鐵磁/反鐵磁結構單元在界面交換耦合作用下磁滯回線中心偏離磁場零點的一種重要磁性現象，其偏離量被稱為交換偏置場。目前，交換偏置現象已經在磁頭、磁傳感器等許多方面取得廣泛應用。隨著對交換偏置現象的深入研究，許多新的有著潛在應用價值的實驗現象被相繼發(fā)現。
[0003]但是，目前具有交換偏置現象的結構單元都是形成在剛性襯底表面，而且對交換偏置場的調控依賴于外加磁場，這就存在調控手段單一、不靈活的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明人針對上述技術現狀，提供了一種新型的具有交換偏置現象的結構單元，該結構單元采用柔性襯底，并且該柔性襯底具有各向異性熱膨脹系數與壓電效應，因此能夠通過溫度、電場對其交換偏置場進行調控。
[0005]本發(fā)明的具體技術方案為:一種交換偏置場可調控的結構單元，包括襯底、鐵磁層、與反鐵磁層，其特征是:
[0006]所述的襯底為柔性襯底，并且該柔性襯底具有各向異性熱膨脹系數與壓電效應；
[0007]襯底表面為金屬緩沖層；
[0008]如圖1所不,金屬緩沖層表面為鐵磁層、鐵磁層表面為反鐵磁層,反鐵磁層表面為保護層；或者，如圖2所示，金屬緩沖層表面為反鐵磁層、反鐵磁層表面為鐵磁層，鐵磁層表面為保護層；并且，所述的鐵磁層具有磁致伸縮效應。
[0009]作為優(yōu)選，所述的緩沖層厚度為10?30nm ；
[0010]作為優(yōu)選,所述的鐵磁層厚度為5?20nm之間；
[0011]作為優(yōu)選，所述的反鐵磁層厚度為10?30nm之間；
[0012]作為優(yōu)選，所述的保護層厚度為2?5nm之間；
[0013]作為優(yōu)選，所述的鐵磁層厚度與反鐵磁層厚度之比為1:0.8?1:4。
[0014]所述的柔性襯底不限，包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯、聚氯乙烯等。
[0015]所述的金屬緩沖層用于誘導反鐵磁層或者鐵磁層的生長取向并降低襯底的粗糙度，其材料不限，包括Ta、Pt、Au、Cu等中的一種或幾種的組合。
[0016]所述的反鐵磁層材料不限，包括IrMn、FeMn> NiMn> PtMn> PdMn等中的一種或幾種的組合。
[0017]所述的鐵磁層材料的磁致伸縮系數不為零，包括？66&、(:(^6、附？6、？641、附、祖(:0、FeSiB等中的一種。
[0018]所述的保護層用于防止鐵磁層與反鐵磁層被氧化，所以一般采用不易被氧化的金屬材料，包括Ta、Pt、Cu、Au、Mo、Ag、Sn等中的一種。
[0019]本發(fā)明通過以下方法(I)或方法(2)調控該結構單元的交換偏置場，或者采用以下方法(I)與(2)相結合調控該結構單元的交換偏置場:
[0020]方法(I):溫度調控
[0021]當柔性襯底的溫度發(fā)生變化，引起襯底各向異性的熱膨脹(或熱收縮)，所產生的應力通過緩沖層、或者通過緩沖層與反鐵磁層傳遞至鐵磁層，使鐵磁層的磁性能發(fā)生變化，引起交換偏置場發(fā)生改變，實現對交換偏置場的調控；
[0022]其中，引起柔性襯底溫度變化的溫度源不限，包括光源、電流源以及其他可控熱源。
[0023]方法(2):電場調控
[0024]對柔性襯底施加電壓，柔性襯底產生應力，應力通過緩沖層、或者通過緩沖層與反鐵磁層傳遞至鐵磁層，使鐵磁層的磁性能發(fā)生變化，引起交換偏置場發(fā)生改變，實現對交換偏置場的調控；
[0025]本發(fā)明還提供了一種采用磁控濺射技術制備上述交換偏置場可調控結構單元的方法，首先對柔性襯底進行氬離子轟擊或者刻蝕等反濺射工藝，以降低柔性襯底表面粗糙度，然后在外加磁場作用下依次濺射沉積金屬緩沖層、鐵磁層、反鐵磁層、保護層，或者，在外加磁場作用下依次濺射沉積金屬緩沖層、反鐵磁層、鐵磁層、保護層。具體工藝如下:
[0026]步驟1:真空腔體內通入氬氣，保持腔體氣壓維持在5?1Pa之間，使用射頻濺射轟擊柔性襯底表面，射頻功率為50?300W ；
[0027]作為優(yōu)先，派射轟擊時間為0.5?Ih ;
[0028]步驟2:將步驟I處理后的柔性襯底固定在模具表面，所述的模具由非磁性材料制成、并且具有固定曲率半徑，所述的模具曲率半徑大于2cm ;
[0029]所述的模具材料不限，包括陶瓷、塑料、石英、非磁性金屬以及非磁性金屬合金等。
[0030]所述的模具表面形狀不限，當為曲面時包括內凹曲面(如圖3a所示)以及外凸曲面(如圖3b所示)；
[0031]步驟3:采用超高真空磁控濺射技術在柔性襯底表面直流濺射沉積金屬緩沖層，沉積室本底真空度為4X 10_5Pa，通入氬氣，氬氣壓維持在0.2?1.0Pa ；
[0032]作為優(yōu)選，濺射功率為30?60W，濺射速率控制在1.5?8nm/min ；
[0033]步驟4:氬氣壓維持在0.2?0.5Pa之間，直流濺射反鐵磁靶材，在金屬緩沖層表面沉積反鐵磁層；
[0034]作為優(yōu)選，濺射功率為50?80W，濺射速率控制在I?4nm/min ；
[0035]步驟5:氬氣壓維持在0.2?1.0Pa之間，直流濺射鐵磁靶材，在反鐵磁層表面沉積鐵磁層；
[0036]作為優(yōu)選，濺射功率為30?80W，濺射速率控制在I?4nm/min ；
[0037]步驟6:氬氣壓維持在0.1?1.0Pa之間，直流濺射保護層，在鐵磁層表面沉積保護層；
[0038]作為優(yōu)選，濺射功率為30?60W。
[0039]綜上所述，本發(fā)明將具有交換偏置效應的結構單元與柔性襯底相結合，使該結構單元具有柔韌性，同時采用具有各向異性熱膨脹系數與壓電效應的柔性襯底，采用具有磁致伸縮效應的鐵磁層，使該柔性結構單元對應力敏感，因此當溫度、電場導致應力變化時，能夠調控其交換偏置場大小。該結構單元具有如下有益效果:
[0040](I)結構簡單，制備方便，成本低；
[0041](2)交換偏置場的調控手段靈活，調控方便易行；
[0042](3)屬于柔性結構單元，適合于柔性磁電子學研究，在傳感、信息、醫(yī)療、軍事等領域具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0043]圖1是本發(fā)明交換偏置場可調控的結構單元的一種結構示意圖；
[0044]圖2是本發(fā)明交換偏置場可調控的結構單元的另一種結構示意圖；
[0045]圖3a是用于制備本發(fā)明交換偏置場可調控結構單元的內凹模具；
[0046]圖3b是用于制備本發(fā)明交換偏置場可調控結構單元的外凸模具；
[0047]圖4是實施例1中的柔性襯底PVDF的示意圖；
[0048]圖5是本發(fā)明實施實例I中的結構單元在溫度調控下磁滯回線的變化圖；
[0049]圖6是圖5對應的交換偏置場變化圖；
[0050]圖7是本發(fā)明實施實例I中的結構單元在電場調控下磁滯回線的變化圖；
[0051]圖8是圖7對應的交換偏置場變化圖。
【具體實施方式】
[0052]以下將結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
[0053]實施例1:
[0054]本實施例中，具有交換偏置效應的結構單元如圖2所示，由襯底、金屬緩沖層、反鐵磁層、鐵磁層、保護層組成。
[0055]襯底是柔性襯底鐵電高分子材料PVDF，其厚度為30um，如圖4所示，該