[发明专利]一种调控铁磁性能的铁电场效应管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及调控铁磁材料磁性能的有机铁电场效应晶体管的制备技术，具体指一种基于聚偏氟乙烯基有机铁电聚合物作为晶体管的绝缘介质层来调控铁磁材料性能的制备方法。

背景技术

近年来,随着信息存储技术的快速发展,具有高密度、高速度、非挥发、低能耗的新概念随机存储器的研究是一个意义重大并颇具难度的课题。其中，用电场替代磁场或电流来控制磁性以实现信息的高速度、低能耗写入是至关重要的。为了实现这个目标,一个可行并有效的方法就是利用多铁性材料及其磁电耦合效应。磁电耦合效应最早发现于单相多铁材料Cr₂O₃中[Physical Review Letters 6,607(1961)]，随后在单相多铁材料BiFeO₃中也发现了磁电耦合效应[Science 299,1719(2003)]，但单相多铁材料磁电耦合系数小，居里温度低，因而很难得到实际应用。为此，美国、欧洲各国、日本等科技发达的国家纷纷投入大量资金开展人工复合多铁材料。在这一领域，清华大学的南策文教授和南京大学刘俊明教授领导的研究小组在实验和理论方面做了大量开创性工作，受到国际该领域同行的高度重视。

在铁磁/铁电多铁异质结体系中，研究的重点是电场对磁性的调控如利用电场改变铁磁薄膜的磁各向异性、磁化强度、磁矫顽力和居里温度等，综合多铁异质电场调控磁性的众多成果，磁性调控机制主要有两种：(1)界面应变调制机制，其调控原理是压电相和压磁相两者通过界面的应力相互作用，实现电场对磁性控制。这个领域的代表性工作是Eerenstein等人在BaTiO₃衬底上外延生长40nm厚La0.67Sr0.33MnO3薄膜，并观测到明显的电场对薄膜磁性的调控行为[Nature Materials,6,348(2007)]。与此同时，Thiele等人也在(001)取向的Pb(Mg_1/3Nb_2/3)Ti_0.28O₃单晶和La_0.7A_0.3MnO₃(A＝Sr,Ca)薄膜的外延结构中实现了电场对磁性的调控[Physical Review B,75,05448(2007)]。Sahoo[Physical Review B,76,092108(2007)]等人研究了Fe/BaTiO₃多铁异质结构中电场对磁性的调控，结果表明通过电场改变界面的磁弹性耦合，从而改变多晶Fe薄膜单轴各向异能，使易磁化轴的方向在面内和面外之间旋转。基于界面应变调制机制的磁电耦合，铁电薄膜往往会受到衬底的“夹持”效应而难以完全发挥其应变特性，从而大大减弱了磁电耦合效应。另外，由于几乎所有的铁电材料的应变在双极性电场作用下都呈现出蝶形曲线的形式，因此在应变调制的体系中，几乎所有结果都是磁矩或矫顽场随电场的变化表现为蝶形曲线行为。这类行为中最大的问题在于电场对磁的调控是“挥发的”，即当施加在样品上的电场撤回为零时，由于应变随电场的撤销而消失，从而导致磁性薄膜对电场的响应也回到了未加电场时的初始状态，这对应用时很不利的。(2)界面电荷机制。这种机制的代表性工作是Molegraaf[Advanced Materials,21,3470(2009)]等人在PbZr_0.2Ti_0.8O₃/La_0.8Sr_0.2MnO₃/SrTiO₃中所做的电场对La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜磁性的调控。随着PZT极化反转，La_0.8Sr_0.2MnO₃的磁化强度受到显著调制，并且磁化强度随着电场的变化为回滞曲线，表明磁性的调控是“非挥发”的。其磁性调控机制主要是：PbZr_0.2Ti_0.8O₃是典型的铁电薄膜，电场极化后在体内产生很大的电场，表面有极化电荷，界面处的电场使La_0.8Sr_0.2MnO₃的空穴浓度发生变化，最终导致了磁化强度的变化。值得一提的是，在界面电荷调制体系中还有一些十分重要的工作。