CN116234419A - 一种自旋轨道矩器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种自旋轨道矩器件的制备方法，通过磁控溅射手段，通以氩气、氧气混合气体溅射高纯金属靶材，形成金属氧化物绝缘插层、强自旋轨道耦合层、铁磁性垂直自由层及非磁性氧化物层，并通过光刻、离子束刻蚀、套刻、去胶、光电子束蒸发镀膜等微纳加工工艺，通过电学输运测试及XPS刻蚀深度测量得到，底层绝缘氧化物的氧原子扩散影响重金属层及重金属/铁磁层界面，从而显著降低临界翻转电流及开关辅助磁场大小，临界翻转电流密度低至4×106A/cm2。类阻尼转矩和类场转矩这两种类型的自旋轨道转矩都明显增强，分别增至9.18Oe/mA和20.18Oe/mA，相比于无底层氧化层结构提高了85%。
Description
技术领域
本发明涉及一种自旋轨道矩磁随机存储器的制备方法，通过引入金属氧化物层来降低临界翻转电流，减小器件所需的翻转辅助磁场，提高翻转效率，属于电子器件技术领域。
背景技术
自旋电子学器件被认为是下一代存储器和逻辑应用设备的候选之一，其中一个新兴的研究方向是固态器件中自旋轨道耦合（SOC）效应衍生出的新现象和新特性。近年来，利用电流诱导的自旋轨道转矩（SOT）来操纵超薄铁磁金属（FMs）的磁化翻转，已成为实现高性能和低功耗自旋轨道矩磁随机存储器（SOT-MRAM）的有效手段。由自旋轨道转矩引起的电流磁化开关通常在具有对称性破缺的异质结构中观察到，如重金属层/铁磁层/氧化物层结构。在具有强自旋轨道耦合的重金属材料中（例如Ta、Pt、W），由自旋霍尔效应产生的纯自旋电流将对具有明显的垂直磁各向异性（PMA）的相邻铁磁层产生自旋转矩。最近有报道称，通过在重金属W和Pt的薄膜中掺入氧，可以进一步提高电荷流到自旋流的转换效率，并降低磁化翻转的临界电流。本发明中，我们在垂直磁性多层薄膜结构下插入一层金属氧化物绝缘层，可以显著降低临界开关电流和外加的辅助磁场，提高了SOT效率，同时保持了样品良好的垂直各向异性。本发明表明，底层插入的氧化物在磁化翻转过程中引入了新的SOT机制，在可控磁性存储器和逻辑器件中具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明实施例提供一种自旋轨道矩磁存储器及其制备方法，可以减小器件所需的翻转辅助磁场，降低临界翻转电流从而提高SOT器件的翻转效率。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：自旋轨道矩器件的制备方法，器件包括金属氧化物绝缘层、强自旋轨道耦合层、磁性自由层以及非磁性氧化物层，所述制备方法包括如下：
步骤1：通过超声清洗和真空退火对衬底材料预处理；
步骤2：通过磁控溅射手段，通以一定比例氩气/氧气混合气体溅射高纯金属靶材，形成金属氧化物绝缘插层；
步骤3：通过磁控溅射手段，在金属氧化物绝缘层上形成强自旋轨道耦合层；
步骤4：通过磁控溅射手段，形成铁磁性垂直自由层及非磁性氧化物层，原位退火以形成强垂直磁各向异性；
步骤5：通过光刻、离子束刻蚀、套刻、去胶、光电子束蒸发镀膜等微纳加工工艺，将薄膜制成霍尔棒结构，自旋轨道矩器件成型；
步骤6：通过电学输运测试及XPS刻蚀深度测量，得到测试结果。
该方案利用氧化物绝缘插层来降低翻转电流从而提高电流翻转效率,采取氧化层经过退火后氧原子扩散的方法，影响作为自旋源的重金属层以及重金属/铁磁层界面，同时增强了类阻尼转矩和类场转矩这两类自旋轨道转矩，增大了重金属Ta层的自旋霍尔角。
其中，所述步骤1中，使用丙酮、酒精和去离子水超声清洗衬底，去除衬底表面的油污杂质；清洗完毕干燥后通过真空系统传入生长腔室，将衬底加热至500±50℃退火30±10分钟。
其中，所述步骤2中，靶材为纯度高于99.95％的高纯金属靶材，腔体的背底真空低于
Torr，在薄膜的沉积过程中，衬底温度保持在300±30℃，并以2-10 rpm的速度旋转；通过控制溅射的时间，沉积不同厚度的薄膜，通入高纯氩气（99.999％）和氧气（99.999％）的混合气体，氩气的体积为氧气体积的30倍以上，调节抽气速率，使溅射时的气压稳定在/>
Torr；氧气和氩气的比例通过电控的流量阀门控制，使用射频电源功率30 W以上开始预溅射，时间15分钟，预溅射结束后在衬底上生长高质量的金属氧化物绝缘层，具体为Cr、Ni、Fe、Co等元素的氧化物Cr2O3、NiO、Fe2O3和CoO等稳定氧化物，靶材与基片距离80-100mm，溅射速率为0.01-0.03nm/s，厚度范围为1-40nm。
其中，步骤3中，在金属氧化物绝缘层上生长作为自旋源的自旋轨道耦合（SOC）层，SOC层薄膜材料选择为具有强自旋轨道耦合性能的材料，具体的为Ta，P，W，Bi，Te，Se，Sb，Sr，Ir，O，C，Zr等元素的单元素或多元素组合的单层或多层异质薄膜（如重金属Ta、P、W等,拓扑绝缘体Bi2Te3、Bi2Se3、BiSbTeSe2等, 氧化物Sr2IrO4等, 石墨烯，ZrBi2等）；一般地来说，SOC层的材料为Ta，W的金属薄膜，其厚度为2-30nm，直流溅射功率为10-20w，溅射速率为0.02-0.04nm/s，溅射过程中样品以2-10rpm速率旋转。
其中，步骤4中，在SOC层上生长垂直磁性薄膜层，薄膜材料选择为具有垂直磁各向异性的铁磁材料，具体地为Co，Mn，Si，Fe，B，Al，Ge，Te，Cr，O，Ni，Pt等元素的单元素或组合的单层或多层组合薄膜（Co2MnSi, CoFeB, Co2FeAl, Fe3GeTe2, CrGeTe3, CrSiTe3,CrTe2, Cr2Te3, Fe3O4, CoFe，Fe等），其厚度为1-40nm。直流溅射功率为10-20w，溅射速率为0.01-0.02nm/s，溅射过程中样品以2-10rpm速率旋转。生长完成后，在真空度低于
Torr的真空环境中，加热至300±30℃原位退火30分钟，以加强所述铁磁层的平面外磁各向异性场的强度。
底层氧化物调控自旋轨道矩应用于微纳加工后的电子元器件。所述自旋轨道矩器件需要将薄膜加工成霍尔棒结构。标准霍尔棒包括一条霍尔通道，一个霍尔十字，和与十字对应的四条霍尔臂，霍尔臂分别引出四端金属电极用于电学输运测试。
其中，步骤5中，霍尔器件制备包含以下步骤：
（1）光刻：旋涂光刻胶后进行曝光。光刻胶选择AZ5214紫外光刻胶，旋涂速率4000-6000r/min，烘烤温度100-150℃，烘烤时间2-5min，紫外光波长为300-400nm，曝光时间为19s，曝光精度为2μm。光刻结束后显影40-45s；
（2）刻蚀：光刻出结构后进行氩离子刻蚀。背底真空低于
Pa，屏栅电压450V，加速电压250V，阴极电流5.8A，中和电流4.0A，离子源能量稳定在500eV，束流稳定在80-100mA。靶台与离子源夹角80-100º，靶台面内以10rpm速率旋转，刻蚀多层膜结构；
（3）套刻：上述刻蚀后样品通过设计好的电极图案进行二次光刻，过程同（1），套刻出四端电极图案；
（4）去残胶：套刻完成后用PE去胶机去除残胶。功率为40-60w，氧气流速为30-50sccm，去胶时间为40-60s，以确保电极图案区域没有光刻胶残留；
（5）镀电极：采用电子束蒸发，蒸镀Ti/Au电极。背底真空低于
Pa，电子枪电流为18-22A，金属Ti溅射速率为0.08-0.12nm/s，厚度为20-40nm，金属Au溅射速率为0.1-0.15nm/s，厚度为50-80nm。电极蒸镀完成后在丙酮中浸泡以剥离多余光刻胶和金属Ti/Au，最后用去离子水浸泡，清洗器件表面。该方法制备的双层膜电极的结构稳定，导电性能良好。
其中，步骤6中，使用Keithley 6221和2182A器件组合测量电流诱导开关，在霍尔棒上施加持续时间为80±30µs的直流脉冲电流，然后施加-20 mA至20 mA的恒定直流电流测量霍尔电压，直接测量临界翻转电流及开关辅助磁场大小。测试结果得到样品在不同磁场下的电流驱动磁化翻转曲线，底部存在Fe2O3等金属氧化物绝缘插层的样品，其完全翻转所需的面内辅助磁场大小及临界开关电流均有明显减小，最小辅助场减小为仅需4Oe就可完全开关，翻转电流密度减小到约为4×106A/cm2，减小为无底层氧化层结构的30%。
其中，步骤6中使用两个SR830锁相放大器来检测由固定赫兹的交流电流引起的面内一次和二次谐波霍尔电压，定量表征出自旋电流产生的两种自旋轨道转矩即类场转矩有效场和类阻尼转矩有效场大小。测试结果得到，底部存在Fe2O3等金属氧化物绝缘插层的样品，其类阻尼转矩HDL和类场转矩有效场HFL有效场大小均有明显增大，分别增大为9.18Oe/mA和20.18Oe/mA，相比于无底层氧化层结构的器件提高了85%，这比传统利用重金属产生的Rashba自旋轨道矩还要大。
所述方法制备的薄膜样品，利用XPS-刻蚀深度测量，可以直观看出底层氧化物的氧扩散对于重金属及重金属/铁磁层界面产生了影响。
相对于现有技术，本发明的优点如下：通过引入金属氧化物层，在保持器件热稳定性的同时降低了临界翻转电流，减小了器件所需的翻转辅助磁场，从而显著提高了SOT翻转效率。器件测试结果表明，氧化物绝缘插层在磁化切换过程中引入了新的SOT机制，以非易失性的方式调整了自旋轨道力矩，从而导致更大的SOT可调性，这为实际的垂直SOT器件设计提供了一个潜在的途径，有利于设计更低功耗、更高开关效率的自旋轨道矩器件，在未来可控磁性存储器和逻辑器件中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例的自旋轨道矩多层膜器件的结构示意图；
图2示意性示出了本发明实施例的自旋轨道矩器件的直流输运及谐波霍尔电压测量配置的示意图；
图3示意性示出了本发明实施例的自旋轨道矩器件结构的高分辨率截面透射电子显微镜（TEM）图像；
图4示意性示出了本发明实施例的有无底层氧化物插层的对比器件的电流诱导SOT磁化开关回路；
图5示意性示出了本发明实施例的有无底层氧化物插层的对比器件的电流诱导自旋轨道矩有效场与直流电流值的关系；
图6示意性示出了本发明实施例的存在底层氧化物插层的自旋轨道矩器件的氧原子扩散结构示意图。
具体实施方式
实施例：参见图1-图6，本发明公开一种自旋轨道矩器件的制备方法，器件自下而上包括金属氧化物绝缘层、强自旋轨道耦合层、磁性自由层以及非磁性氧化物层，所述制备方法包括如下：
步骤1：通过超声清洗和真空退火对衬底材料预处理；
步骤2：通过磁控溅射手段，通以一定比例氩气/氧气混合气体溅射高纯金属靶材，形成金属氧化物绝缘插层；
步骤3：通过磁控溅射手段，在金属氧化物绝缘层上形成强自旋轨道耦合层；
步骤4：通过磁控溅射手段，形成铁磁性垂直自由层及非磁性氧化物层，原位退火以形成强垂直磁各向异性；
步骤5：通过光刻、离子束刻蚀、套刻、去胶、光电子束蒸发镀膜等微纳加工工艺，将薄膜制成霍尔棒结构，自旋轨道矩器件成型；
步骤6：通过电学输运测试及XPS刻蚀深度测量，得到测试结果。
在衬底上生长Fe2O3等金属氧化物薄膜，首先使用丙酮、酒精和去离子水分别超声20min将衬底清洗，去除衬底表面的油污杂质；
清洗完毕用氮气枪将表面水汽除去，干燥后通过真空系统传入生长腔室，将衬底加热至500±50℃退火30±10分钟；通入高纯氩气（99.999％）和氧气（99.999％）的混合气体，氩气的体积为氧气体积的30倍以上。腔体的背底真空度低于
Torr。调节抽气速率，使溅射时的气压稳定在4×10-3Torr；氧气和氩气的比例通过电控的流量阀门控制，使用射频电源功率30 W以上开始预溅射。
靶材为纯度高于99.95％的高纯的金属靶材，在薄膜沉积过程中，衬底温度保持在300±30℃，并以2-10 rpm的速度旋转；
通过控制溅射的时间，沉积不同厚度的金属氧化物薄膜。而后再生长上层的重金属层及垂直磁性多层膜，经过退火后得到垂直各向异性良好的垂直膜结构。
根据本发明的一些实施例，衬底基片包括玻璃基片、树脂基片、陶瓷基片以及一些金属基复合材料等，均具有良好的电绝缘性，便于器件的制备、测试及应用。
根据本发明的一些实施例，基片包括以下：Si、SiO2、MgO、Al2O3。
根据本发明的一些实施例，多层膜需要覆盖1-3nm的保护层防止磁性层被氧化或被腐蚀，一般选择Ta、Al、Pt、Au等金属及其稳定氧化物。
实施例1：衬底Al2O3/Fe2O3/Ta/CoFeB/MgO/Ta多层垂直膜器件：
（1） 衬底500℃退火30分钟，降温至300℃，通入高纯氧气和氩气的混合气体，两种气体流速比例为1：0.055，使用射频电源，功率50w，生长2-10nmFe2O3，生长速率为0.02nm/s，转速为5rpm；
（2） 关闭氧气阀，通入高纯氩气，使用直流电源，功率15w，生长3-8nmTa，生长速率为0.03nm/s，转速为5rpm；
（3） 使用直流电源，功率10w，生长0.8-1.2nmCoFeB，生长速率为0.01nm/s，转速为5rpm；
（4）使用射频电源，功率50w，生长1.5-2.5nmMgO，生长速率为0.01nm/s，转速为5rpm；
（5）使用直流电源，生长1-3nm保护层，其中，Ta的氧化物TaOx具有良好的防氧化作用，是适合作为器件保护层的优良材料；
（6）薄膜生长完成后，在真空中300℃原位热退火40分钟，提高垂直磁各向异性强度，其中，CoFeB厚度为1nm，MgO厚度为2nm的薄膜具有最强的磁各向异性强度，器件性能最佳。
实施例2：衬底MgO/Cr2O3/Pt/Co/Ta多层垂直膜器件：
（1）衬底500℃退火30分钟，降温至300℃，通入高纯氧气和氩气的混合气体，两种气体流速比例为1：0.025，使用射频电源，功率60w，生长2-10nmCr2O3，生长速率为0.025nm/s，转速为5rpm；
（2）关闭氧气阀，通入高纯氩气，使用直流电源，功率10w，生长3-8nmPt，生长速率为0.03nm/s，转速为5rpm；
（3）使用直流电源，功率15w，生长0.8-1.2nmCo，生长速率为0.015nm/s，转速为5rpm；
（4）使用直流电源，生长1-3nm保护层，此实例选择2nmTaOx；
（5）薄膜生长完成后，在真空中250℃原位热退火60分钟，提高垂直磁各向异性强度。其中，Pt厚度为4nm，Co厚度为0.8nm的薄膜效果最佳。为了提高器件性能，可生长[Pt/Co]n多层膜，单层Pt和Co厚度均为0.5-0.8nm。
实施例3：衬底Si-SiO2/NiO/W/CoFeB/MgO/Ta多层垂直膜器件：
（1） 衬底500℃退火30分钟，降温至300℃，通入高纯氧气和氩气的混合气体，两种气体流速比例为1：0.05，使用射频电源，功率50w，生长3-10nmNiO，生长速率为0.015nm/s，转速为3rpm；
（2） 关闭氧气阀，通入高纯氩气，使用直流电源，功率20w，生长3-8nmW，生长速率为0.03nm/s，转速为3rpm；
（3）使用直流电源，功率10w，生长0.8-1.2nmCoFeB，生长速率为0.01nm/s，转速为5rpm；
（4） 使用射频电源，功率50w，生长1.5-2.5nmMgO，生长速率为0.01nm/s，转速为5rpm；
（6）使用直流电源，生长1-3nm保护层，此实例选择2nmTaOx；
（5）薄膜生长完成后，在真空中350℃原位热退火40分钟，提高垂直磁各向异性强度。其中，W厚度为5nm，CoFeB厚度为1nm，MgO厚度为2nm的薄膜具有最强的磁各向异性强度，器件性能最佳。
底层氧化物插层调控自旋轨道矩应用于微纳加工后的电子元器件。所述自旋轨道矩器件需要将薄膜加工成霍尔棒结构。标准霍尔棒包括一条霍尔通道，一个霍尔十字，和与十字对应的四条霍尔臂，霍尔臂分别引出四端金属电极用于电学输运测试。
霍尔器件制备包含以下步骤：
（1）光刻：旋涂光刻胶后进行曝光。光刻胶选择AZ5214紫外光刻胶，旋涂速率4000-6000r/min，烘烤温度100-150℃，烘烤时间2-5min，紫外光波长为300-400nm，曝光时间为19s，曝光精度为2μm。光刻结束后显影40-45s；
（2）刻蚀：光刻出结构后进行氩离子刻蚀。背底真空低于
Pa，屏栅电压450V，加速电压250V，阴极电流5.8A，中和电流4.0A，离子源能量稳定在500eV，束流稳定在80-100mA，靶台与离子源夹角80-100º，靶台面内以10rpm速率旋转，刻蚀多层膜结构；
（3）套刻：上述刻蚀后样品通过设计好的电极图案，在已刻蚀出的结构上进行二次光刻，过程同（1），套刻出四端电极图案；
（4）去残胶：套刻完成后用PE去胶机去除残胶。功率为40-60w，氧气流速为30-50sccm，去胶时间为40-60s，以确保电极图案区域没有光刻胶残留；
（5）镀电极：采用电子束蒸发，蒸镀Ti/Au电极。背底真空低于
Pa，电子枪电流为18-22A，金属Ti溅射速率为0.08-0.12nm/s，厚度为20-40nm，金属Au溅射速率为0.1-0.15nm/s，厚度为50-80nm。电极蒸镀完成后在丙酮中浸泡以剥离多余光刻胶和金属Ti/Au，最后用去离子水浸泡，清洗器件表面。该方法制备的双层膜电极的结构稳定，导电性能良好。
使用Keithley 6221和2182A器件组合测量电流诱导开关。在霍尔棒上施加持续时间为80±30µs的直流脉冲电流，然后施加-20 mA至20 mA的恒定直流电流测量霍尔电压。测得样品在不同磁场下的电流驱动磁化翻转曲线，底部存在金属氧化物绝缘插层的样品，其完全翻转所需的面内辅助磁场大小及临界开关电流均有明显减小，最小辅助场减小为仅4Oe就可完全开关，翻转电流密度减小到约为4×106A/cm2，减小为无底层氧化层结构的30%。
使用两个SR830锁相放大器来检测由固定赫兹的交流电流引起的一次和二次谐波霍尔电压，定量表征出类场转矩有效场和类阻尼转矩有效场大小。底部存在金属氧化物绝缘插层的样品，其类阻尼转矩HDL和类场转矩有效场HFL有效场大小均有明显增大，分别增大为9.18Oe/mA和20.18Oe/mA，相比于无底层氧化层结构提高了85%，这比传统利用重金属产生的Rashba自旋轨道矩还要大。
利用XPS-刻蚀深度测量，可以直观看出底层氧化物的氧扩散对于重金属及重金属/铁磁层界面产生了影响。
利用本发明提出的器件结构和制备工艺流程，可以很好的与当前半导体工艺兼容，具有很强的实用性和拓展性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，其中器件包括金属氧化物绝缘层、强自旋轨道耦合层、磁性自由层以及非磁性氧化物层，所述制备方法包括如下：
步骤1：通过超声清洗和真空退火对衬底材料预处理；
步骤2：通过磁控溅射手段，通以氩气、氧气混合气体溅射高纯金属靶材，形成金属氧化物绝缘插层；
步骤3：通过磁控溅射手段，在金属氧化物绝缘层上形成强自旋轨道耦合层；
步骤4：通过磁控溅射手段，形成铁磁性垂直自由层及非磁性氧化物层，原位退火以形成强垂直磁各向异性；
步骤5：通过光刻、离子束刻蚀、套刻、去胶、光电子束蒸发镀膜微纳加工工艺，将薄膜制成霍尔棒结构，自旋轨道矩器件成型，
步骤6：通过电学输运测试及XPS刻蚀深度测量，得到测试结果。
2.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，使用丙酮、酒精和去离子水超声清洗衬底，去除衬底表面的油污杂质；清洗完毕干燥后通过真空系统传入生长腔室，将衬底加热至500±50℃退火30±10分钟。
3.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，靶材为纯度高于99.95％的高纯金属靶材，腔体的背底真空低于
Torr，在薄膜的沉积过程中，衬底温度保持在300±30℃；通过控制溅射的时间，沉积不同厚度的薄膜，通入高纯氩气（99.999％）和氧气（99.999％）的混合气体，氩气的体积为氧气体积的30倍以上，调节抽气速率，使溅射时的气压稳定在/>
Torr；氧气和氩气的比例通过电控的流量阀门控制，使用射频电源功率30 W以上开始预溅射，时间15分钟，预溅射结束后在衬底上溅射生长高质量的金属氧化物绝缘层，具体为Cr、Ni、Fe、Co元素的氧化物Cr2O3、NiO、Fe2O3和CoO，靶材与基片距离80-100mm，溅射速率为0.01-0.03nm/s，厚度范围为1-40nm，溅射过程中样品以2-10rpm速率旋转以提高薄膜均匀性。
4.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，步骤3中，在金属氧化物绝缘层上生长作为自旋源的自旋轨道耦合（SOC）层，SOC层薄膜材料选择为具有强自旋轨道耦合性能的材料，具体的为Ta，P，W，Bi，Te，Se，Sb，Sr，Ir，O，C，Zr元素的单元素或多元素组合的单层或多层异质薄膜，直流溅射功率为10-20w，溅射速率为0.02-0.04nm/s，厚度为2-30nm，溅射过程中样品以2-10rpm速率旋转。
5.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，步骤4中，在SOC层上生长垂直磁性薄膜层，薄膜材料选择为具有垂直磁各向异性的铁磁材料，具体地为Co，Mn，Si，Fe，B，Al，Ge，Te，Cr，O，Ni，Pt元素的单元素或组合的单层或多层组合薄膜，直流溅射功率为10-20w，溅射速率为0.01-0.02nm/s，厚度为1-40nm，溅射过程中样品以2-10rpm速率旋转，生长完成后，在真空度低于
Torr的真空环境中，加热至300±30℃原位退火30分钟，以加强铁磁层的平面外磁各向异性场的强度。
6.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述自旋轨道矩器件需要将薄膜加工成霍尔棒结构，标准霍尔棒包括一条霍尔通道，一个霍尔十字，和与十字对应的四条霍尔臂，霍尔臂分别引出四端金属电极用于电学输运测试。
7.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述霍尔棒结构制备包含以下步骤：
（1）光刻：旋涂光刻胶后进行曝光，光刻胶选择AZ5214紫外光刻胶，旋涂速率4000-6000r/min，烘烤温度100-150℃，烘烤时间2-5min，紫外光波长为300-400nm，曝光时间为19s，曝光精度为2μm，光刻结束后显影40-45s；
（2）刻蚀：光刻出结构后进行氩离子刻蚀，背底真空低于
Pa，屏栅电压450V，加速电压250V，阴极电流5.8A，中和电流4.0A，离子源能量稳定在500eV，束流稳定在80-100mA，靶台与离子源夹角80-100º，靶台面内以10rpm速率旋转，刻蚀多层膜结构；
（3）套刻：上述刻蚀后样品通过设计好的电极图案进行二次光刻，过程同（1），套刻出四端电极图案；
（4）去残胶：套刻完成后用PE去胶机去除残胶，功率为40-60w，氧气流速为30-50sccm，去胶时间为40-60s，以确保电极图案区域没有光刻胶残留，
（5）镀电极：采用电子束蒸发，蒸镀Ti/Au电极，背底真空低于
Pa，电子枪电流为18-22A，金属Ti溅射速率为0.08-0.12nm/s，厚度为20-40nm，金属Au溅射速率为0.1-0.15nm/s，厚度为50-80nm，电极蒸镀完成后在丙酮中浸泡以剥离多余光刻胶和金属Ti/Au，最后用去离子水浸泡，清洗器件表面。
8.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，步骤6中，使用Keithley 6221和2182A器件组合测量电流诱导开关，在霍尔棒上施加持续时间为80±30µs的直流脉冲电流，然后施加-20 mA至20 mA的恒定直流电流测量霍尔电压。
9.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，步骤6中，使用面内直流脉冲电流翻转磁化状态，直接测量临界翻转电流及开关辅助磁场大小；并用面内二次谐波霍尔测量方法来定量表征自旋电流产生的两种自旋轨道转矩。
10.根据权利要求1所述的自旋轨道矩器件的制备方法，其特征在于，步骤6中，使用两个SR830锁相放大器来检测由固定赫兹的交流电流引起的一次和二次谐波霍尔电压，定量表征出类场转矩有效场和类阻尼转矩有效场大小。
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