CN105742483B - 基于载流子调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于载流子浓度调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器及其方法，本发明是先用脉冲激光沉积镀膜系统制备La0.67Sr0.33MnO3/Nb‐SrTiO3异质结，然后采用磁控溅射系统镀4个Au电极制备器件，在低温下测量器件的物理特性，测试结果表明该器件具有随着电流值的增加金属绝缘转变温度不断上升。本发明的优越性：可以有效调控La0.67Sr0.33MnO3金属绝缘转变温度，并表现出随着电流值的增加金属绝缘转变温度不断上升，同时使磁相变的温度也不断上升，这样实现了通过电场调控器件在某个特定温度下传感器的开关，这种器件在高密度存储和高灵敏度磁传感器中拥有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器，具体是指一种基于载流子调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器及其制备方法，以La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结为模型的磁传感器的制备和测试，在不改变器件的结构情况下，可以调控传感器的工作温度。
技术背景
从钙钛矿型氧化物(ABO3)陶瓷中发现庞磁阻效应以来，由于其磁阻的达到105％的数量级,因此这类材料在高密度存储和高灵敏度磁传感器中拥有很好的应用前景，可以极大地推动信息技术的发展，同时我们可以观察到在居里点的两侧具有从金属到绝缘体的转变现象(metal-insulator transition)，即在发生金属绝缘相变的同时伴有磁相变。
La1-xSrxMnO3作为一种钙钛矿材料，其具有较高的居里温度，因此相比于其他的庞磁阻材料，更有可能应用到磁记录，磁头和传感器等方面。而在该种材料中La0.67Sr0.33MnO3转变温度最高，因此我们选择Nb-SrTiO3La0.67Sr0.33MnO3作为研究材料。La0.67Sr0.33MnO3是一种P型的半导体材料，我们希望引入一种N型半导体构成PN结进行研究，因此选择Nb-SrTiO3这种N型材料作为衬底，通过脉冲激光沉积技术，制备了La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结构的器件。并对器件进行了测试，通过施加不同大小的电流，使PN结中的La0.67Sr0.33MnO3金属绝缘转变温度发生变化，同时使其磁相变也发生改变。该器件具有操作简单，使用安全，体积轻便小巧等优点，具有很大的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过不同大小的电流，影响其金属绝缘转变温度进而影响其磁相变的低温磁传感器件。
在本发明中，器件模型La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结构是利用脉冲激光沉积技术制备的。器件的特性是在低温下进行测试。
一种基于载流子调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器的制备方法，包括如下步骤：
1)采用单面抛光的n型半导体Nb-SrTiO3(001)作为衬底，并超声清洗干净，自然晾干；
2)利用脉冲激光沉积镀膜系统，在Nb-SrTiO3衬底上制备La0.67Sr0.33MnO3薄膜，靶材为：La0.67Sr0.33MnO3靶材；
3)选择好掩膜板，利用磁控溅射镀膜系统，在La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结上制备四个Au电极，靶材为：Au靶材；得到薄膜器件
4)对步骤3)的薄膜器件采用低温探针电学测量系统进行测试，测试结果表现出随着电流值的增加金属绝缘转变温度不断上升的薄膜器件即为磁传感器件。
优选的，所述步骤(2)中用脉冲激光沉积镀膜系统制备薄膜时，参数激光能量为45～50mJ。
优选的，所述步骤2)中的沉积压强为4.5～5Pa。
优选的，所述步骤2)中的沉积温度为700～720℃。
优选的，所述步骤2)中的La0.67Sr0.33MnO3薄膜的厚度为105～110nm，面积为10*5mm2。
优选的，所述步骤3)中用磁控溅射制备Au电极的溅射时间为8.5～9min。
优选的，所述步骤(3)中用磁控溅射制备的Au电极厚度为55～60nm，面积π*0.52mm2，且四个电极等距分布在同一直线上。
本发明还公开了所述方法制备的基于载流子调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器，包括：
Nb-SrTiO3衬底层，
在Nb-SrTiO3衬底层上的La0.67Sr0.33MnO3薄膜，La0.67Sr0.33MnO3薄膜的厚度为105～110nm，面积为10*5mm2；
四个电极等距分布在同一直线上的Au电极，所述Au电极厚度为55～60nm，面积π*0.25mm2，其中三个Au电极在La0.67Sr0.33MnO3薄膜上，一个Au电极在Nb-SrTiO3衬底层上。
本发明的优点：
1、本发明在制备过程中，采用脉冲激光沉积技术制备La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结器件，对环境无污染现象、实验过程稳定。沉积速率高，工艺参数任意调节；
2、对器件测试时，我们采用四探针的方法，且三个电极放在La0.67Sr0.33MnO3薄膜上，一个电极放在Nb-SrTiO3衬底上，这样我们可以通过施加不同大小的外加电流，来调节La0.67Sr0.33MnO3中载流子的浓度，进而有效调控La0.67Sr0.33MnO3薄膜的金属绝缘转变温度。
附图说明
图1为低温磁传感器原型器件示意图；
图2为异质结器件的R-T曲线与电流大小与金属绝缘转变温度的关系。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明：
图1为低温磁传感器原型器件示意图，所述方法制备的基于载流子调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器，其特征在于包括：Nb-SrTiO3衬底层，在Nb-SrTiO3衬底层上的La0.67Sr0.33MnO3薄膜，La0.67Sr0.33MnO3薄膜的厚度为105～110nm，面积为10*5mm2；四个电极等距分布在同一直线上的Au电极，所述Au电极厚度为55～60nm，面积π*0.25mm2，其中三个Au电极在La0.67Sr0.33MnO3薄膜上，一个Au电极在Nb-SrTiO3衬底层上。
实施例1
首先采用单面抛光的n型半导体Nb-SrTiO3(001)作为衬底，并超声清洗干净，自然晾干后，根据最优沉积条件，利用脉冲激光沉积镀膜系统，激光能量为50mJ，沉积压强为5Pa，沉积温度为700℃，制备出La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结构，然后利用磁控溅射镀膜系统，在La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结上制备四个Au电极，溅射时间为9min。最后用低温探针电学测量系统进行测试。图2是用四探针法得到的电阻—温度曲线，它显示随着温度的降低，电阻是先增加后减小，但都可以观察到一个金属绝缘转变点，且在低温条件下，随着电流值的减小，电阻值是不断增加的。而从图2内插图中我们可以得出该器件在低温下随着电流值的增加金属绝缘转变温度不断上升。
实施例2
首先采用单面抛光的n型半导体Nb-SrTiO3(001)作为衬底，并超声清洗干净，自然晾干后，根据最优沉积条件，利用脉冲激光沉积镀膜系统，激光能量为45mJ，沉积压强为4.5Pa，沉积温度为720℃，制备出La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结构，然后利用磁控溅射镀膜系统，在La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结上制备四个Au电极，溅射时间为8.5min。最后用低温探针电学测量系统进行测试。La0.67Sr0.33MnO3薄膜的厚度为105nm，面积为10*5mm2。所述用磁控溅射制备的Au电极厚度为56nm，面积π*0.52mm2，且四个电极等距分布在同一直线上。测试结果同样表明该器件在低温下随着电流值的增加金属绝缘转变温度不断上升。
实施例3
首先采用单面抛光的n型半导体Nb-SrTiO3(001)作为衬底，并超声清洗干净，自然晾干后，根据最优沉积条件，利用脉冲激光沉积镀膜系统，激光能量为47mJ，沉积压强为4.5Pa，沉积温度为720℃，制备出La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结构，然后利用磁控溅射镀膜系统，在La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3异质结上制备四个Au电极，溅射时间为9min。最后用低温探针电学测量系统进行测试。La0.67Sr0.33MnO3薄膜的厚度为108nm，面积为10*5mm2。所述步骤用磁控溅射制备的Au电极厚度为59nm，面积π*0.52mm2，且四个电极等距分布在同一直线上。测试结果同样表明该器件在低温下随着电流值的增加金属绝缘转变温度不断上升。
Claims (8)
1.一种基于载流子调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）采用单面抛光的n型半导体Nb-SrTiO3(001)作为衬底，并超声清洗干净，自然晾干；
2）利用脉冲激光沉积镀膜系统，在Nb-SrTiO3(001)衬底上制备La0.67Sr0.33MnO3薄膜，得到La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3(001)异质结，靶材为：La0.67Sr0.33MnO3靶材；
3）选择好掩膜板，利用磁控溅射镀膜系统，在La0.67Sr0.33MnO3/Nb-SrTiO3(001)异质结上制备四个Au电极，得到薄膜器件，靶材为：Au靶材；
4）对步骤3）的薄膜器件采用低温探针电学测量系统进行测试，测试结果表现出随着电流值的增加金属绝缘转变温度不断上升的薄膜器件即为磁传感器件。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤2）中用脉冲激光沉积镀膜系统制备薄膜时，参数激光能量为45~50mJ。
3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤2）中的沉积压强为4.5~5Pa。
4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤2）中的沉积温度为700~720℃。
5.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤2）中的La0.67Sr0.33MnO3薄膜的厚度为105~110 nm，面积为10*5mm2。
6.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤3）中用磁控溅射制备Au电极的溅射时间为8.5~9min。
7.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤3）中用磁控溅射制备的Au电极厚度为55~60nm，面积π*0.52mm2，且四个电极等距分布在同一直线上。
8.一种如权利要求1所述方法制备的基于载流子调控金属绝缘转变温度的低温磁传感器，其特征在于包括：
Nb-SrTiO3(001)衬底层，
在Nb-SrTiO3(001)衬底层上的La0.67Sr0.33MnO3薄膜，La0.67Sr0.33MnO3薄膜的厚度为105~110 nm，面积为10*5mm2；
四个电极等距分布在同一直线上的Au电极，所述Au电极厚度为55~60nm，面积π*0.25mm2，其中三个Au电极在La0.67Sr0.33MnO3薄膜上，一个Au电极在Nb-SrTiO3(001)衬底层上。
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