[发明专利]一种砷化镓基几何巨磁电阻器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁场检测和磁场传感器材料以及器件技术领域，特别涉及一种砷化镓基几何巨磁电阻器件及其制备方法。

背景技术

自1988年A.Fert和Peter Grünberg (Phys. Rev. Lett. 61(1988) 2472)发现Fe/Cr多层膜中的巨磁阻效应（GMR）以来，该效应的应用给人们的生活带来了巨大革新。GMR和与之类似的隧道磁电阻效应（TMR）广泛地应用于计算机存储技术，高灵敏度磁性传感器和空间技术等领域。然而，它们主要原材料为磁性金属材料和稀土材料等。随着稀土资源的不断紧张，寻找新型材料成为了一种趋势。随着自旋电子学的发展，人们发现在非磁性材料体系（如Si，GaAs）中也存在磁阻效应。GaAs材料是信息、光电子和光学工业中的主流材料，但有关其磁学器件性能的研究很少。

2007年，Wang等人（Appl. Phys. Lett, 90 (2007) 252106）发现了GaAs/AlGaAs二维电子气在低温20 K和6 T高磁场条件下，显示了1300%的磁电阻现象，然而低温和高磁场条件限制了该器件的应用。Michel等人（Appl. Phys. Lett, 92 (2008) 223119）则通过控制GaAs中Mn的掺杂位置与浓度来调控GaAs的磁电阻性能，也实现了低温和高场下显著的磁电阻效应。另外，Yokoyama等人（J. Appl. Phys, 99, (2006) 08D502）在室温下，于Mn掺杂的GaAs体系中，实现了600%的磁电阻，然而工作电压却为110V。以上这些器件要么不能在室温附近工作，要么工作电压太大，因此离工业应用尚有距离。

除了砷化镓基巨磁阻电阻材料，其他体系也可实现磁阻特性，如Solin等人（Science，289 (2000) 1530）发明的InSb/Au结构磁阻。这种结构虽然性能优异，但是结构较复杂，不利于器件的小型化，而且制备工艺复杂，原料成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供了一种砷化镓基几何巨磁电阻器件及其制备方法。

如图1所示，一种砷化镓基几何巨磁阻器件，其特征在于：在矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片表面的4个角上分别设置1个金属电极；4个金属电极呈矩形或梯形，其中，在长度方向上的两个金属电极之间的间距用L_C表示，在宽度方向上的两个金属电极之间的间距用W_C 表示，两间距的比值大于0.5，即L_C/W_C >0.5。

所述矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片的任一边长度为0.5 mm~20 mm。

所述矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片的电阻率大于1000 Ω·cm。 

所述矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片的迁移率大于1000 cm²/Vs。

所述金属电极为金属In、Al或Ti。

一种砷化镓基几何巨磁阻器件的制备方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：

（1）将矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片用酒精或丙酮漂洗干净，并将其裁剪成矩形；

（2）在矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片的表面4个角上分别沉积或压制1个金属电极。

所述矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片的任一边长度为0.5 mm~20 mm。

所述矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片的电阻率大于1000 Ω·cm。 

所述矩形单晶GaAs（100）或矩形单晶GaAs（111）基片的迁移率大于1000 cm²/Vs。

所述金属电极为金属In、Al或Ti。

本发明的有益效果为： 

1. 所得到的砷化镓基几何巨磁阻器件在温度300 K, 磁场1.2 T，测试电流为22 nA条件下，具有显著的磁电阻效应。

2. 所得到的砷化镓基几何巨磁阻器件，其磁电阻大于常规GaAs基磁电阻器件的磁电阻（根据理论推算，磁阻等于(μB)²，约为30%）。

3. 所得到的砷化镓基几何巨磁阻器件工作在20 V和20 nA左右条件下，功率在0.4 μW级别，小于1 μW级别。