一种产生自旋极化的石墨烯器件及其制备方法与流程

文档序号:12275332阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种产生自旋极化的石墨烯器件的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:

1)提供表面洁净的衬底,衬底包括下层的导电层和上层的绝缘层;

2)采用微机械剥离法制备单层石墨烯,并通过范德瓦耳斯力粘附在衬底的绝缘层上;

3)根据单层石墨烯的水平尺寸,挑选磁性绝缘体纳米片,磁性绝缘体纳米片的水平尺寸与单层石墨烯的水平尺寸的比例小于2/3,磁性绝缘体纳米片的形状为片状或条带状,表面平整光滑,材料具有单相铁磁性、反铁磁性或多铁性;

4)将磁性绝缘体纳米片吸附在纳米微机械显微操纵台的玻璃针尖上,通过玻璃针尖将磁性绝缘体纳米片转移并吸附在单层石墨烯上,并使得磁性绝缘体纳米片位于单层石墨烯的中间,形成垂直方向的磁性绝缘体纳米片/石墨烯异质结构;

5)在磁性绝缘体纳米片的上方压上电子束抗蚀剂片,从而使得磁性绝缘体纳米片与单层石墨烯更紧密结合,电子束抗蚀剂片的水平尺寸大于单层石墨烯的水平尺寸;

6)采用电子束曝光技术,在单层石墨烯上面形成金属电极的图案,电子束曝光技术的工艺过程中同时除去电子束抗蚀剂片;

7)采用电子束镀膜或热蒸发镀膜技术制备金属电极:先镀上缓冲层,再镀上金属层;

8)根据实际需要,重复步骤6)和7),形成石墨烯器件。

2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,衬底的导电层为高浓度p型掺杂;导电层上方的绝缘层采用氧化物,厚度为280~300nm;衬底的表面洁净。

3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤3)中,磁性绝缘体纳米片的表面平整干净,长宽为微米量级,根据石墨烯尺寸而选择合适尺寸的磁性绝缘体纳米片;如果磁性绝缘体纳米片的水平尺寸大于100nm,则将磁性绝缘体纳米片放入溶液中进行高功率超声震荡以获得小尺寸的磁性绝缘体纳米片。

4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤3)中,磁性绝缘体纳米片的制备方法采用水热法、化学气相沉积法或激光脉冲沉积的物理制备法;磁性绝缘体纳米片的长和宽均为微米量级,厚度在70~700nm。

5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤7)中,缓冲层采用功函数在石墨烯和金属层的功函数之间的金属;缓冲层的厚度为5~10nm,金属层的厚度大于40nm。

6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法在超净间进行,以保证磁性绝缘体纳米片与单层石墨烯界面的干净和平整,从而异质结构的界面形成强的邻近作用。

7.一种产生自旋极化的石墨烯器件,其特征在于,所述石墨烯器件包括:衬底、单层石墨烯、磁性绝缘体纳米片和金属电极;其中,所述衬底包括下层的导电层和上层的绝缘层;微机械剥离法制备的单层石墨烯通过范德瓦耳斯力粘附在衬底的绝缘层上磁性绝缘体纳米片位于单层石墨烯的中心,形成垂直方向的磁性绝缘体纳米片/石墨烯异质结构,所述磁性绝缘体纳米片的水平尺寸与单层石墨烯的水平尺寸的比例小于2/3;所述金属电极位于单层石墨烯上并且位于磁性绝缘体纳米片的四周;所述磁性绝缘体纳米片的形状为片状或条带状,表面平整光滑,材料具有单相铁磁性、反铁磁性或多铁性;磁性绝缘体纳米片/石墨烯异质结构,在磁性绝缘体纳米片与单层石墨烯的界面,磁性绝缘体纳米片中磁性原子的电子轨道和单层石墨烯的π电子轨道杂化产生磁邻近作用,通过磁性绝缘体纳米片的磁邻近作用,诱导单层石墨烯上产生交换场,使得单层石墨烯出现塞曼分裂而导致自旋极化。

8.如权利要求7所述的石墨烯器件,其特征在于,所述导电层为高浓度p型掺杂;导电层上方的绝缘层采用氧化物,厚度为280~300nm。

9.如权利要求7所述的石墨烯器件,其特征在于,所述磁性绝缘体纳米片的长和宽均为微米量级,厚度在70~700nm。

10.如权利要求7所述的石墨烯器件,其特征在于,如果磁性绝缘体纳米片具有多铁性,在磁性绝缘体纳米片上加上顶栅,形成双栅场效应晶体管,实现石墨烯的自旋极化的调制。

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