[发明专利]一种颗粒薄膜磁电阻器件及制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的Ni/P3HT颗粒薄膜磁电阻器件及制备方法。

背景技术

纳米磁性金属颗粒薄膜是一种由纳米尺度的磁性金属颗粒，随机地分布于绝缘母体材料中构成的人工结构纳米功能材料，材料通常由磁性金属颗粒和绝缘体母体两部分组成，具有不同于磁性金属或绝缘体母体的物理性能，如巨霍尔效应、高矫顽力、高频软磁性、磁电阻效应等新颖的物理性质。其中，纳米磁性金属颗粒薄膜的磁电阻效应由于具有高磁场灵敏度而被广泛应用于计算机读出磁头、磁敏传感器件等众多领域中，取得了显著的经济效益和社会效益。

目前绝大多数磁性金属颗粒薄膜是以无机半导体或绝缘体作为母体材料，已被广泛地研，金属纳米颗粒包括铁、钴、镍、坡莫合金、四氧化三铁等，绝缘体(或无机半导体)母体包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、锗等，而对有机半导体材料作为母体的颗粒薄膜磁电阻器件的研究很少。

与无机母体材料相比，有机半导体母体材料具有很多明显的优势：有机半导体材料主要由原子序数较小的C、H、O、N等元素组成，轨道-自旋耦合强度较低，内部超精细相互作用较弱，使得其自旋弛豫时间和弛豫距离比无机半导体高出几个数量级，是理想的半导体自旋传输介质，非常适合应用于磁性金属颗粒薄膜中。此外，以有机半导体材料为母体的电子器件还具有功耗低、重量轻、性能可调、可制作大面积柔性器件、可循环使用等很多优势，具有十分巨大的应用价值。但是，由于金属-有机半导体颗粒薄膜制备较困难，现有的制备多采用共蒸发的方法，而且研究的体系多以Co作为金属纳米材料，如：X.M.Zhao等人提供了一种Co/Alq₃颗粒薄膜，研究了其磁电阻效应，在室温下得到-0.23％的负磁电阻(Journal of Magnetism and Mangetic Materials321，418-422，2009)；P.Sheng等人采用热蒸发的方法制备了一种Co/TPD颗粒薄膜，室温磁电阻为-0.3％(Journal of Alloys and Compounds，477，32-35，2009)；S.Tanabe等人也制备了一种Co-Alq₃颗粒薄膜，室温磁电阻为-0.1％(Applied Physics Letters91，063123，2007)；T.Wen等人制备了Co/P3HT颗粒薄膜，该薄膜没有出现室温磁电阻(Applied Physics Letters95，082509，2009)。现有的研究成果表明有机颗粒薄膜的室温磁电阻较低，且研究体系十分有限，亟需扩大有机颗粒膜磁电阻器件的材料范围并获得更高的室温磁电阻。

本发明提供一种新型的Ni/P3HT颗粒薄膜，该颗粒薄膜以纳米Ni这种常见的铁磁材料作为颗粒薄膜中的金属颗粒，以聚三己基噻吩(P3HT)这种常见的有机半导体作为颗粒薄膜的母体，采用旋涂与离子束沉积结合的方法制备成新型的金属/有机半导体颗粒薄膜，并在低磁场下获得了-0.46％的室温磁电阻。该制备方法避免了高温加热，减少了对材料结构的破坏，并可以方便地扩展到其它体系中，有望获得更高的室温磁电阻。

发明内容

本发明提供一种新型的Ni/P3HT颗粒薄膜磁电阻器件，该器件在有机半导体P3HT薄膜上，通过离子束沉积的方法嵌入Ni的纳米颗粒，形成一种颗粒薄膜结构，与现有的Co基有机半导体颗粒薄膜相比，制备方法更加灵活，扩展性更强，室温磁电阻更高，该新型的Ni/P3HT颗粒薄膜磁电阻器件室温磁电阻可达到-0.46％以上。

本发明提供一种新型的Ni/P3HT颗粒薄膜磁电阻器件，其特征在于制备过程将旋涂与离子束沉积技术相结合。所述的合成方法具体步骤如下：

1)将有机半导体P3HT溶于三氯甲烷有机溶剂中，浓度为10mg/ml，在常温下避光搅拌24小时，使P3HT充分溶解均匀；

2)将步骤1)的混合溶液滴在清洁的玻璃衬底上，打开旋涂仪进行旋涂，旋涂仪转速为1000-4000rpm，旋涂时间为20-60s；

3)将步骤2)的得到的覆盖有P3HT的玻璃片放入真空干燥箱，在80℃的温度下真空干燥10小时，得到P3HT薄膜；

4)将步骤3)得到的P3HT薄膜作为衬底安装在离子束沉积系统的基片转台上，抽真空，当真空室压强低于6.67×10^-4Pa后开始沉积镍薄膜，得到最终的Ni/P3HT磁电阻器件；

5)步骤4)所述的离子束沉积过程中，靶材选用99.99％的镍靶，衬底温度保持常温，衬底以20rpm的速率自转；