一种自旋相关的有机磁电阻器件及其制备方法

本发明涉及磁电阻器件，特别涉及一种自旋相关的有机磁电阻器件及其制备方法。

背景技术：

1、有机磁电阻器件是一种电阻可被外加磁场操纵的器件。由于有机磁电阻(organicmagnetoresistance,omr)在磁头、磁存储和磁传感中的潜在应用，已经引起了科学家们的广泛关注。研究发现，许多有机半导体都表现了良好的磁阻效应，并表现出丰富的线型、极性以及电压和温度依赖性。与那些由自旋极化产生的无机巨磁电阻不同，omr的一个独特的特点是，它可以在室温下自旋热平衡条件下产生。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种自旋相关的有机磁电阻器件，采用三层有机层，形成两个有机异质结(p/n,n/p)，并且所形成的有机异质结能够实现高效的基态电荷转移，在室温下具有27.88％的超高磁阻。

2、本发明的另一目的在于提供上述自旋相关的有机磁电阻器件的制备方法。

3、本发明的目的通过以下技术方案实现：

4、一种自旋相关的有机磁电阻器件，依次包括透明基底、阳极、空穴注入层、p/n/p型平面异质结层和阴极；

5、所述p/n/p型平面异质结层依次包括第一有机p型半导体层、有机n型半导体层和第二有机p型半导体层；

6、所述第一有机p型半导体层的材料为4,4',4'-三(n-3-甲基苯基-n-苯基氨基)三苯胺；

7、所述有机n型半导体层的材料为8-羟基喹啉铝；

8、所述第二有机p型半导体层的材料为4,4',4'-三(n-3-甲基苯基-n-苯基氨基)三苯胺；

9、所述自旋相关的有机磁电阻器件为单空穴器件，器件中只有空穴从阳极注入，然后通过空穴注入层，经过p/n/p异质结，到达阴极。

10、优选的，所述空穴注入层的材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐。

11、优选的，所述空穴注入层的厚度为25～35纳米。

12、优选的，所述第一有机p型半导体层的厚度为10-15纳米。

13、优选的，所述有机n型半导体层的厚度为50-60纳米。

14、优选的，所述第二有机p型半导体层的厚度为10-15纳米。

15、优选的，所述第一有机p型半导体层和有机n型半导体层之间设有2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲罗啉层。

16、优选的，所述2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲罗啉层的厚度为1～3纳米。

17、优选的，所述透明基底为玻璃或塑料基底。

18、优选的，所述阳极为氧化铟锡。

19、优选的，所述阴极材料为金属铝，厚度为100-200纳米。

20、所述的自旋相关的有机磁电阻器件的制备方法，包括以下步骤：

21、(1)对带有阳极材料的玻璃基底进行预处理；

22、(2)将空穴层材料旋涂到带有阳极材料的玻璃基底上，在真空室中于120-150℃下退火25-30分钟；

23、(3)在真空镀膜系统中，待真空度达到3×10-5帕时，依次蒸镀第一有机p型半导体层、有机n型半导体层和第二有机p型半导体层和阴极。

24、本发明的自旋相关的有机磁电阻器件的原理为：

25、在本发明的自旋相关的有机磁电阻器件中，空穴是否能穿过m-mtdata与alq3形成的界面，取决于空穴的自旋方向与m-mtdata与alq3形成的界面基态电荷转移(igct)复合物的自旋方向是否满足泡利不相容原理。igct根据其自旋构型可分成单线态igct(igct1)与三线态igct(igct3)。igct1包括两个相反的自旋方向，一个自旋向上，另一个自旋向下，这种自旋方向排列既不允许自旋向上也不允许自旋向下的空穴通过。相反，具有两个自旋方向一致的igct3允许与其自旋方向相反的空穴通过。简而言之，作为自旋选择门(spin selectgate，ssg)的igct起到了过滤特定自旋方向的空穴的能力。外加磁场通过调节单线态igct与三线态igct的比例，可以影响器件的电流以及电阻，因此可以影响器件的电流以及电阻，表现出omr效应。

26、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

27、(1)本发明的自旋相关的有机磁电阻器件，采用三层有机层，形成两个有机异质结(p/n,n/p)，并且所形成的有机异质结能够实现高效的基态电荷转移，通过增大电荷转移态中电子和空穴的距离，增大了界面基态电荷转移态的单线态与三线态之间的交换能，提升了器件的omr幅值，在室温下达到27.88％。

28、(2)本发明的自旋相关的有机磁电阻器件的制备方法，过程简单，成本低。

技术特征：

1.一种自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，依次包括透明基底、阳极、空穴注入层、p/n/p型平面异质结层和阴极；

2.根据权利要求1所述的自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，所述空穴注入层的材料为聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐。

3.根据权利要求1或2所述的自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，所述空穴注入层的厚度为25～35纳米。

4.根据权利要求1所述的自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，所述第一有机p型半导体层的厚度为10-15纳米。

5.根据权利要求1所述的自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，所述有机n型半导体层的厚度为50-60纳米。

6.根据权利要求1所述的自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，所述第二有机p型半导体层的厚度为10-15纳米。

7.根据权利要求1所述的自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，所述第一有机p型半导体层和有机n型半导体层之间设有2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲罗啉层。

8.根据权利要求7所述的自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，所述2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲罗啉层的厚度为1～3纳米。

9.根据权利要求1所述的自旋相关的有机磁电阻器件，其特征在于，所述阴极材料为金属铝，厚度为100-200纳米。

10.权利要求1～9任一项所述的自旋相关的有机磁电阻器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种自旋相关的有机磁电阻器件，依次包括透明基底、阳极、空穴注入层、p/n/p型平面异质结层和阴极；所述p/n/p型平面异质结层依次包括第一有机p型半导体层、有机n型半导体层和第二有机p型半导体层；所述第一有机p型半导体层的材料为4,4',4'‑三(N‑3‑甲基苯基‑N‑苯基氨基)三苯胺；所述有机n型半导体层的材料为8‑羟基喹啉铝；所述第二有机p型半导体层的材料为4,4',4'‑三(N‑3‑甲基苯基‑N‑苯基氨基)三苯胺。本发明器件结构简单，在室温及小的外磁场作用下，平面异质结层中的电荷转移态可形成明显正的磁致电阻，OMR幅值在室温下达到27.88％。

技术研发人员：马东阁,屈芬兰,乔现锋,杨德志,代岩峰,孙倩
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16