logo好方法网

一种增强型薄膜磁性可调结构


技术摘要:
本发明公开了一种增强型薄膜磁性可调结构,自下而上依次设置的底电极、压电层、磁性膜层,进行磁场调控时,对压电层加载电压,压电层会产生应力应变,该应力应变传递至磁性膜层,实现磁性电调控。所述磁性膜层包括多个交替层叠设置的磁性薄膜层和非磁性薄膜层,所述非  全部
背景技术:
压电/铁磁复合结构由于具有巨大的磁性电调控效应,在磁存储、磁传感器、微波 器件等领域具有广阔的应用前景。 1966年,Schmid等人发现了硼酸盐盐Ni3B7O13I晶体在60K以下同时具有铁磁性和 铁电性,同时发现在该体系中存在磁性电调控行为。此后,在一些研究者的努力中,一些具 有多铁性的材料被发现。但是这些材料中的磁性电调控行为较弱,难以应用在实际器件中。 2007年,Eerenstein等人通过在BaTiO3铁电基片上外延生长了40nm的La0.67Sr0.33MnO3铁磁 薄膜得到铁电/铁磁复合结构,在该结构中观察到了明显的磁性电调控行为,其磁电耦合系 数远大于之前的单相多铁材料中的磁电耦合系数,大大推进了磁性电调控在实际中的应 用。铁电/铁磁复合结构实现磁性电调控的过程为:电场加载至铁电材料时,由于铁电材料 具有逆压电效应而产生应变;在逆磁致伸缩效应的作用下,传递至铁磁材料的应变实现了 对磁性的调控。这种方法主要通过应变耦合实现磁性的电调控,所以具有压电效应的非铁 电材料也可以实现以上效应,例如AlN等。此后,很多研究者对压电/铁磁复合结构在磁存 储、磁传感器、微波器件等领域的应用进行了研究。2013年,K  L  Wang等人基于磁性电调控 效应设计了新型的磁电耦合存储器件,相比于传统的存储器件,该新型存储器件具有速度 快、密度高、能耗低等优势。2014年,Yuan  Gao等人利用磁性电调控效应实现的可调电感器 件,电感的调控能力达到100%以上。2016年,E  Yarar等通过硅基底上生长AlN/FeCoSiB制备 了磁电传感器,其磁场探测能力达到400fT/√Hz。2017年,Tianxiang  Nan等采用(FeGaB (45nm)/Al2O3(5))10/AlN实现超小型磁电天线,相对于常规天线,其尺寸降低了1-2个量级。 以上研究说明压电/铁磁复合结构在磁传感器、微波天线等电子器件应用中具有优异的性 能。在压电/铁磁复合结构中磁性调控能力是提升器件性能的关键,提升磁性调控能力在把 压电/铁磁复合结构应用到实际器件中起到了关键作用。 综上所述,压电/铁磁复合结构的磁性电调控应用在磁存储、磁传感器、微波器件 等很多领域均有优异的性能。而压电/铁磁复合结构的磁性电调控效应的增强是提高期间 性能的关键因素。对于很多电子器件,磁性膜的增厚有利于磁性信号的收集,提高器件的性 能。根据实验研究,磁性膜的增厚会明显降低磁性调控能力。因此,如何在增大磁性膜的厚 度的同时提高磁性调控能力是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现要素:
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种增强磁性调控能力且 磁性信号收集效果俱佳的增强型薄膜磁性可调结构。 为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案: 3 CN 111613718 A 说 明 书 2/4 页 一种增强型薄膜磁性可调结构,自下而上依次设置的底电极、压电层、磁性膜层。当对 压电层加载电压,压电层会产生应力应变,该应力应变传递至磁性膜层,从而实现磁性电调 控。所述磁性膜层包括多个交替层叠设置的磁性薄膜层和非磁性薄膜层,所述非磁性薄膜 层用于阻断相邻磁性薄膜层之间的磁交换作用。 作为对上述技术方案的进一步改进: 所述增强型薄膜磁性可调结构还包括硅基底,所述硅基底位于底电极下方。 所述硅基底包括基底层和固定锚点,所述基底层靠近底电极一侧设置,所述固定 锚点设置于基底层下方两侧。 所述压电层为采用PZT、PMN-PT、AlN、ZnO中的一种制备而成的单层;或所述压电层 采用AlN和Si制备而成的复合结构层。 所述底电极为金属材料层。 所述金属材料层为采用Ti、Cr、Cu中的一种制备而成的单层;或所述金属材料层为 采用Ti或Cr和Cu或Al或Au制备而成的复合结构层。 所述磁性薄膜层采用具有磁致伸缩系数的铁磁材料制备而成。 所述铁磁材料为Ni、FeSiB、FeGaB、FeGa中的一种或多种。 所述非磁性薄膜层采用非铁磁材料制备而成;所述非铁磁材料为Cu、Au、SiO2、 Al2O3中的一种或多种。 所述磁性薄膜层的厚度为50-100nm,所述非磁性薄膜层的厚度为5-10nm。 与现有技术相比,本发明的优点在于: 本发明的增强型薄膜磁性可调结构,通过在磁性膜层设置交替层叠的磁性薄膜层和非 磁性薄膜层,使得磁性膜层变成多个磁性薄膜层组成的复合结构,通过提高每一层磁性薄 膜层调控能力来提高磁性电调控效果,磁性调控能力且磁性信号收集效果俱佳,有利于推 进具有磁性电调控效应的多铁材料在磁传感器、可调电感等领域的应用。 附图说明 图1是本发明实施例1的结构示意图。 图2是本发明实施例1和对比例2的磁性可调结构的调控能力对比。 图3是本发明实施例2的结构示意图。 图中各标号表示:1、压电层;2、底电极;3、磁性膜层;31、磁性薄膜层;32、非磁性薄 膜层;4、硅基底;41、基底层;42、固定锚点。
分享到:
收藏