专利名称：图形化铁磁性二氧化铬薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及电子材料技术。
背景技术：
半金属磁体具有极高的电子自旋极化率，近年来成为人们研究的热点，其在自旋电子学器件领域具有巨大的潜在应用价值。二氧化铬因为已经被理论和实验均证实具有接近 100% 的自旋极化率[Schwarz K. J. Phys. F :Met. Phys. 16 :L211-L215 (1986) ；Y. Ji and A. Gupta, Phys. Rev. Lett. 86 :5585(2001)],因此倍受人们关注。同时，二氧化铬具有优良的导电性，较高的居里温度(122. 5°C)，能够满足自旋电子学器件设计的要求。二氧化铬还是一种重要的磁记录材料，已经被广泛地应用于磁记录领域。最近，把二氧化铬引入自旋电子器件中的微纳加工方法也成为人们研究的重点。二氧化铬是一种亚稳态氧化物，易受热分解成为稳定态的铬氧化物-三氧化二铬。传统的自上而下的刻蚀法制备二氧化铬微纳米结构存在一定的局限性，并且所制备的微纳米结构容易引入三氧化二铬相，导致其性能下降。1999年A. Gupta等人在研究二氧化铬薄膜的制备时发现，以二氧化钛为基片容易生长二氧化铬薄膜，而以氧化硅为基片却不容易生长二氧化铬薄膜[A. Gupta, Appl. Phys. Lett. 75 :2996 (1999)]。这一现象为不经过直接刻蚀二氧化铬等自上而下的工艺制备图形化二氧化铬薄膜提供了可能的思路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种图形化铁磁性二氧化铬薄膜的制备方法，具有薄膜纯度较高，成本低的优点。本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，图形化铁磁性二氧化铬薄膜的制备方法，包括下述步骤A、在单晶硅片表面制备一层致密的氧化硅膜；B、在被热氧化过的硅片表面制备一层三氧化二铝薄膜；C、采用光刻方法把三氧化二铝薄膜制备为图形化的薄膜；D、将表面覆盖图形化三氧化二铝薄膜的热氧化硅基片垂直地置于管式炉中央，基片所在处的温度控制在360 400°C，待基片温度稳定后，将三氧化铬蒸发源置入温度为 240 280°C处，从蒸发源一侧通入氧气，氧气流量60 100毫升/分钟，二氧化铬薄膜生长时间为2 5小时。进一步的，所述步骤D中，基片所在处的温度控制在380°C，蒸发源置入温度为 260°C处，氧气流量100毫升/分钟，二氧化铬薄膜生长时间为5小时。本发明具有以下优点其一，采用化学气相沉积法，利用三氧化铬的分解得到二氧化铬，过程是在无水、无添加物的环境中进行，从根本上避免了不必要的杂质出现，所得二氧化铬薄膜具有很高的纯度。其二，能够制备大面积任意图形化二氧化铬薄膜，比如二氧化铬点阵列或者二氧化铬线阵列。其三，制备三氧化二铝膜或氧化硅膜技术成熟，成本低廉。其四，制备二氧化铬薄膜采用的管式炉化学气相沉积法操作简单、制备周期短、成本低易于进行工业化生产。以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1是本发明化学气相沉积过程示意图。图2是本发明图形化二氧化铬薄膜制备流程图。
具体实施例方式参见图1 2。本发明采用常压化学气相沉积法，以三氧化铬为蒸发源，表面覆盖有图形化三氧化二铝膜的热氧化硅片、石英片或者表面覆盖有图形化氧化硅膜的三氧化二铝片为基片。 制备是在管式炉内进行。首先将基片垂直置于管式炉中央，温度控制在360-400°C之间，优选温度380°C，待基片温度稳定后，将蒸发源置入温度为240-280°C处，优选温度260°C，并且开始从蒸发源一侧通入氧气，氧气流量60-100毫升/分钟。二氧化铬薄膜生长时间为 2-5小时。作为蒸发源的三氧化铬最好是具有较高的纯度，以保证所得二氧化铬薄膜具有较高纯度，三氧化铬的纯度可以选择98%或者更高。作为基片的硅片，应该在其表面生长三氧化二铝之前先热氧化形成一层非晶态的氧化硅膜。该过程可以在通有氧气的管式炉内进行，氧化温度600 V。热氧化过的硅片或者石英片表面先生长一层三氧化二铝膜，再制备图形化的三氧化二铝膜。三氧化二铝片表面先生长一层氧化硅膜，再制备图形化的氧化硅膜。本发明方法可以制备图形化二氧化铬薄膜的厚度为50-500纳米，尺度为50纳米-整片薄膜。基于热氧化硅片、石英片或者三氧化二铝片表面的图形化基膜可以制备任意图形的二氧化铬薄膜，比如大面积二维二氧化铬点阵列以及二维二氧化铬线阵列。实施例1 将单晶硅片置于管式炉中央位置，通入氧气，流量60毫升/分钟，加热至600°C热氧化2小时，硅片表面将形成一层致密的氧化硅膜。采用磁控溅射法在被热氧化过的硅片表面制备一层厚度为100纳米的三氧化二
铝薄膜。采用光刻方法把三氧化二铝薄膜制备成图形化的薄膜。具体为2X2微米三氧化二铝薄膜方块构成的二维阵列，方块间隔2微米。将表面覆盖图形化三氧化二铝薄膜的热氧化硅基片垂直地置于管式炉中央，温度控制在380°C，待基片温度稳定后，将蒸发源置入温度为260°C处，并且开始从蒸发源一侧通入氧气，氧气流量100毫升/分钟。二氧化铬薄膜生长时间为5小时。结果将得到只生长在图形化三氧化二铝膜表面的二氧化铬薄膜。热氧化硅基片表面裸露的氧化硅表面不会生长二氧化铬薄膜。生长得到的图形化二氧化铬薄膜将表现出对图形化三氧化二铝膜的复制，为二氧化铬二维方块阵列。实施例2
基片用表面抛光的石英片，采用磁控溅射法在石英片表面制备一层厚度为100纳米的三氧化二铝薄膜。采用光刻方法把三氧化二铝薄膜制备成图形化的薄膜。具体为2X 100微米三氧化二铝线构成的二维阵列，线间隔2微米。将表面覆盖图形化三氧化二铝薄膜的石英片垂直地置于管式炉中央，温度控制在 380°C，待基片温度稳定后，将蒸发源置入温度为^KTC处，并且开始从蒸发源一侧通入氧气，氧气流量100毫升/分钟。二氧化铬薄膜生长时间为5小时。结果将得到只生长在图形化三氧化二铝膜表面的二氧化铬薄膜。基片表面裸露的氧化硅表面不会生长二氧化铬薄膜。生长得到的图形化二氧化铬薄膜将表现出对图形化三氧化二铝膜的复制，为二氧化铬二维线阵列。实施例3 基片用表面抛光的三氧化二铝片，在三氧化二铝片表面制备一层厚度为50纳米
氧化硅薄膜。采用粒子束刻蚀法把氧化硅薄膜制备成图形化的薄膜。具体为垂直交叉的氧化硅纳米线构成的二维阵列，平行的线间距50纳米。刻蚀掉的氧化硅部分为裸露的图形化三氧化二铝表面，具体为50X50纳米的点阵列。将表面覆盖图形化氧化硅膜的三氧化二铝基片垂直地置于管式炉中央，温度控制在380°C，待基片温度稳定后，将蒸发源置入温度为260°C处，并且开始从蒸发源一侧通入氧气，氧气流量60毫升/分钟。二氧化铬薄膜生长时间为2小时。结果将得到只生长在裸露图形化三氧化二铝表面的二氧化铬薄膜。氧化硅表面不会生长二氧化铬薄膜。生长得到的图形化二氧化铬薄膜将表现出对图形化三氧化二铝面的复制，为二氧化铬二维点阵列。
权利要求
1.图形化铁磁性二氧化铬薄膜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤A、在单晶硅片表面制备一层致密的氧化硅膜；B、在被热氧化过的硅片表面制备一层三氧化二铝薄膜；C、采用光刻方法把三氧化二铝薄膜制备为图形化的薄膜；D、将表面覆盖图形化三氧化二铝薄膜的热氧化硅基片垂直地置于管式炉中央，基片所在处的温度控制在360 400°C，待基片温度稳定后，将三氧化铬蒸发源置入温度为240 280°C处，从蒸发源一侧通入氧气，氧气流量60 100毫升/分钟，二氧化铬薄膜生长时间为2 5小时。
2.如权利要求1所述的图形化铁磁性二氧化铬薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，基片所在处的温度控制在380°C，蒸发源置入温度为260°C处，氧气流量100毫升/ 分钟，二氧化铬薄膜生长时间为5小时。
全文摘要
图形化铁磁性二氧化铬薄膜的制备方法，涉及电子材料技术。本发明包括下述步骤A、在单晶硅片表面制备一层致密的氧化硅膜；B、在被热氧化过的硅片表面制备一层三氧化二铝薄膜；C、采用光刻方法把三氧化二铝薄膜制备为图形化的薄膜；D、将表面覆盖图形化三氧化二铝薄膜的热氧化硅基片垂直地置于管式炉中央，基片所在处的温度控制在360～400℃，待基片温度稳定后，将三氧化铬蒸发源置入温度为240～280℃处，从蒸发源一侧通入氧气，氧气流量60～100毫升/分钟，二氧化铬薄膜生长时间为2～5小时。本发明所得二氧化铬薄膜具有很高的纯度。能够制备大面积任意图形化二氧化铬薄膜。
文档编号C04B41/52GK102417371SQ20111025260
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者张继华, 杨传仁, 赵强, 陈宏伟 申请人:电子科技大学