一种原位制备Cr1-xTe晶态-非晶异质结的方法

本发明属于二维铁磁材料领域，具体涉及一种基于cvd的新型原位cr1-xte晶态-非晶态异质结的制备方法。

背景技术：

1、随着人工智能和云计算的蓬勃发展，器件的微型化日益逼近物理极限，用于信息存储、传输以及处理的自旋电子器件同样面临着重大挑战。特别是在后摩尔时代，信息存储容量更大、功耗更小、速度更快、集成度更高，这对新铁磁材料及新器件的构造提出更高要求。在自旋电子学诞生以来，铁磁-非磁异质结一直在磁存储等实际应用及理论研究过程中扮演了重要角色。

2、二维铁磁材料是一类厚度仅有单原子或者数纳米厚的的一类新兴磁性材料，有趣构筑更低功耗的自旋电子器件。其中二元铬基碲化物(cr-te)二维磁性材料因其超高且可调的居里温度，容易使用简易的化学气相沉积方法进行制备的特点，近期而广受关注。近期，我们通过cvd方法实现了cr1-xte(x＝0.85)二维晶体的可控制备，其具有出色的环境稳定性。然而将其应用于磁性隧道结或者自旋阀等器件中，必须构筑铁磁—非铁磁异质结。其次，在实际应用中，环境稳定性是一个不能忽视的问题。很多现有的铁磁-非磁异质结在暴露于高温或高湿环境下时，可能会出现性能下降或者结构不稳定的现象。目前，使用简易的cvd方法原位构筑高质量的cr1-xte的铁磁-非磁异质界面结构，仍未见报导，这对于自旋电子学应用，例如巨磁阻、自旋阀和磁性隧道结等，具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种新型原位cr1-xte晶态-非晶异质结的制备方法。解决的技术问题是：本发明提出了一种cr1-xte晶态-非晶异质结构，该结构是一种铁磁-非磁异质结。具体地说，该异质结由底层的cr1-xte晶体和上层的cr1-xte非晶层构成，其中cr1-xte晶体采为nias型结构，两层之间的界面清晰明确。值得注意的是，相对于通过化学气相沉积(cvd)生长的cr1-xte，这种晶态-非晶异质结显著提高了在空气中的热稳定性。实验显示，在空气中以200℃加热5分钟后，该异质结没有发生明显变化。非晶c1-xte具有高度绝缘性，其垂直异质结两端电阻可高达～108欧姆。该晶态-非晶异质结为铁磁-非磁异质结领域提供了一个稳定、可靠且容易制备的研究平台。其在铁磁和非磁层之间的界面相互作用具有巨大的应用潜力，有望广泛应用于巨磁阻、自旋阀、磁性隧道结，以及其他自旋电子学研究领域。综上所述，本发明不仅具有科学创新性，也在工程应用方面具有广阔的前景。

2、本发明提供的制备新型原位cr1-xte晶态-非晶异质结的方法，包括如下步骤：

3、以te块和crcl3粉末为原料，使用两步方法进行原位化学气相沉积。先沉积cr1-xte(x＝0.85)，随后再进行低温te化处理，即可得cr1-xte晶态-非晶异质结。

4、上述方法中，所述crcl3粉末质量为0.1-0.3g。具体可为0.15g。

5、所述化学气相沉积在基底上进行。

6、所述基底具体为云母，化学式为kmg3(alsi3010)f2。

7、所述化学气相沉积步骤中，载气为氩气，并在微量氢气辅助下进行。载气的流量为50-100s.c.c.m.，具体可为ar 50s.c.c.m，h25 s.c.c.m。

8、体系压强为500-700torr，具体可为600torr。

9、沉积温度为720-800℃，具体可为750℃、780℃。

10、沉积时间为5-45分钟，具体可为5分钟、10分钟。

11、所述化学气相沉积具体在管式炉中进行，更具体的，所述原料位于所述管式炉的中心位置。

12、所述基底位于所述管式炉中心位置的下游。具体为距所述中心位置0-3cm处。

13、所述方法还包括如下步骤：在cr1-xte晶体沉积步骤之后，将体系自然降温至室温。

14、体系自然降温至室温后，进行低温化学气相沉积，载气为氩气辅助状态下进行。

15、体系压强为500-700torr，具体可为600torr、700torr。

16、沉积温度为350-400℃，具体可为350℃、400℃。

17、沉积时间为5-30分钟，具体可为5、10、20分钟。

18、载气的流量为50-100s.c.c.m.，具体可为50s.c.c.m.、100s.c.c.m.。

19、所述方法还包括如下步骤：在低温te化处理步骤之后，将体系自然降温至室温。

20、所述cr1-xte晶态-非晶异质结为铁磁-非磁异质结，薄膜厚度在3～30nm之间；具有极其优异的空气热稳定性，在空气中200℃加热5min异质结没有明显变化；非晶cr1-xte具有高度绝缘性，其垂直异质结两端电阻可高达～108欧姆。

21、按照上述方法制备得到的cr1-xte晶态-非晶异质结在应用到自旋电子学相关的隧道结器件等，也属于本发明的保护范围。

22、本发明的技术效果是：

23、本发明提出一种基于化学气相沉积(cvd)的新型原位cr1-xte晶态-非晶异质结制备方法，有效地解决了当前领域的问题。该方法不仅使用相对简单和经济的cvd设备，从而降低制备成本和简化操作流程，还能生成具有显著热稳定性的异质结。此外，该方法还能实现高质量的晶态与非晶层之间的界面，以及清晰定义的nias型cr1-xte晶态结构。这一系列优点不仅极大地提高了该异质结的环境稳定性，也为其在巨磁阻、自旋阀、磁性隧道结以及其他自旋电子学应用方面开辟了新的可能性。

技术特征：

1.一种原位制备cr1-xte晶态-非晶异质结的方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述化学气相沉积在基底上进行，所述基底为云母，化学式为kmg3(alsi3010)f2。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：在沉积cr1-xte晶态二维晶体步骤以及在低温te化处理步骤之后，分别将体系自然冷却至室温。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述沉积cr1-xte晶态二维晶体步骤中，载气为氩气和在微量氢气辅助状态下进行；

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：化学气相沉积在双温区管式炉中进行；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：crcl3粉末质量为0.1-0.3g。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：cr1-xte晶体沉积完毕冷却至室温后，进行低温te化处理，载气为氩气辅助状态下进行；

8.权利要求1-7任一项所述方法制备得到的新型原位cr1-xte晶态-非晶异质结。

9.根据权利要求8所述的新型原位cr1-xte晶态-非晶异质结，其特征在于：cr1-xte晶态-非晶异质结，cr1-xte非晶层覆盖在cr1-xte晶体之上，cr1-xte的晶体结构，由crte2层和嵌入cr层(cri)组成。

10.根据权利要求8或9所述的新型原位cr1-xte晶态-非晶异质结，其特征在于：该异质结为一种铁磁-非磁异质结，薄膜厚度在3～30nm之间；具有极其优异的空气热稳定性，在空气中200℃加热5min异质结表面没有明显变化；非晶c1-xte具有高度绝缘性，其垂直异质结两端电阻可高达～108欧姆。

技术总结
本发明公开了一种原位制备Cr<subgt;1‑x</subgt;Te晶态‑非晶异质结的方法，属于二维铁磁‑非磁材料领域。该新型Cr<subgt;1‑x</subgt;Te晶态‑非晶异质结的制备方法是以Te块和CrCl<subgt;3</subgt;粉末为原料，以氩气和微量氢气为载气，在云母基底上进行化学气相沉积，沉积得到Cr<subgt;1‑x</subgt;Te晶态二维晶体之后，再进行原位低温Te化，即得到所述Cr<subgt;1‑x</subgt;Te晶态‑非晶异质结。该异质结制备方法，简单可控，经济快捷，所得异质结不仅厚度可控、实现铁磁和非磁材料间高质量界面的精确控制，而且可以显著提高Cr<subgt;1‑x</subgt;Te晶体材料的空气热稳定性。因此本研究不仅成功地解决了铁磁‑非磁异质结领域内长期存在的一些关键技术挑战，也提供了一种具有明显优势和广泛应用前景的新型制备方法，在自旋电子学领域具有重要研究价值。

技术研发人员：罗锋,徐凌云,吴金雄,高战胜
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21