一种实现交换偏置效应的二维异质结器件的制备方法，首先切割硅衬底在上面制备金属电极，然后制备二维材料Fe3GeTe2、CrPS4和hBN纳米级厚度薄片；筛选出厚度均匀的Fe3GeTe2、CrPS4和hBN纳米级厚度薄片，依次将Fe3GeTe2、CrPS4和hBN转移至带有金属电极的硅衬底上。本方法通过堆叠二维铁磁层Fe3GeTe2和二维反铁磁层CrPS4制备出的异质结器件，可以实现能够在同一Fe3GeTe2上既测得异质结低温下的交换偏置效应，又能够对本征样品数据进行对比；解决了当下异质结器件制备成功率低、界面不干净以及测试效率低的问题；本发明专利技术在手套箱中制备并采用先做金属电极的方式，最大程度地减少器件接触化学药品和空气，从而减少氧化和污染，解决了传统工艺流程中会污染异质结样品导致测试结果不理想的问题。结果不理想的问题。结果不理想的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种实现交换偏置效应的二维异质结器件的制备方法
[0001]本专利技术属于二维材料异质结器件
，具体涉及一种实现交换偏置效应的二维异质结器件的制备方法。
技术介绍
[0002]范德华(vdW)单层材料中长程磁有序的发现使得人们对二维(2D)材料的磁学特性进行了大量的理论和实验研究。在三维过渡金属磁性薄层体系中研究过的许多基本磁性和自旋输运现象需要在薄层vdW磁性材料中重新讨论。由于它们的层状结构以及层间和层内相互作用之间的各向异性，使得vdW磁性材料和其异质结构与体磁性之间有本质上的区别。此外，2D vdW磁性材料的基本特性可以通过应变、栅压调控、邻近效应等来控制。
[0003]2D vdW磁性材料中比较吸引人的磁学特性是交换偏置(EB)效应。Meiklejohn和Bean于1956年首次在其天然反铁磁(AF)氧化物包围的Co纳米颗粒中发现了交换偏置效应，表现为铁磁(FM)材料沿磁场零轴的磁滞回线的偏移。EB效应是与两种不同材料之间的界面效应有关，当FM材料与AFM材料堆叠时，在FM材料的磁化曲线(M
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H)中会出现对称磁滞回线的偏移，称为交换偏置(EB)效应。FM材料的磁矩由于界面处的交换耦合相互作用被相邻的AFM材料固定。这种效应已在各种FM/AFM系统中得到大量证明，但在2D vdW异质结中的报道相对较少。2D vdW异质结构具有可控的厚度和更好的柔韧性，这为减小设备的整体尺寸提供了很大的可能性，且更有利于磁数据存储的基础探索和工业应用。
技术实现思路
[0004]为了解决当下交换偏置效应异质结器件制备成功率低、界面不干净以及测试效率低的问题，本专利技术基于二维铁磁材料Fe3GeTe2和二维反铁磁材料CrPS4，提出一种实现交换偏置效应的二维异质结器件的制备方法，为薄层vdW磁性材料制成的自旋电子器件开辟了新的途径。
[0005]一种实现交换偏置效应的二维异质结器件的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1、在硅衬底上制备金属电极；
[0007]步骤S1.1、将硅衬底依次分别放置于丙酮、乙醇和去离子水中并通过超声机对硅衬底进行清洗；通过氮气吹干之后，将硅衬底吸附在匀胶机上，均匀旋涂电子束曝光胶并烘干；
[0008]步骤S1.2、将旋涂后的硅衬底放至电子束曝光机EBL的电子束腔体中，将腔体抽真空至10
‑6Pa量级以下；根据输运测量电极结构图，用电子束轰击旋涂后的硅衬底，进行曝光；
[0009]步骤S1.3、将硅衬底放置于显影液中进行显影，除掉硅衬底上被曝光的区域，露出底部硅衬底；然后将硅衬底移至异丙醇中完成定影操作；将定影后的硅衬底吹干；
[0010]步骤S1.4、将吹干的硅衬底放置于电子束蒸镀系统EBE的电子束腔体中，将腔体抽真空至10
‑6Pa量级以下；对硅衬底首先蒸镀一层Ti作为粘附层，然后再蒸镀一层Au；
[0011]步骤S1.5、将蒸镀好的硅衬底放置于丙酮中浸泡，剥离掉未曝光的部分，剩余部分
即为所制备的金属电极；
[0012]步骤S2、制备二维材料Fe3GeTe2、CrPS4和hBN纳米级厚度薄片；筛选出厚度均匀的Fe3GeTe2、CrPS4和hBN纳米级厚度薄片，依次将Fe3GeTe2、CrPS4和hBN转移至步骤S1所制备的带有金属电极的硅衬底上；
[0013]步骤S2.1、将聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜一面与载玻片贴合，另一面粘贴Fe3GeTe2样品颗粒；
[0014]步骤S2.2、用光学显微镜在PDMS薄膜上筛选纳米级厚度的Fe3GeTe2薄片，保证PDMS薄膜上的Fe3GeTe2纳米薄片厚度均匀分布；
[0015]步骤S2.3、将筛选好的载玻片置于二维材料转移平台的待转样品端固定，将步骤S1.6制备好的金属电极置于样品台固定；利用二维材料转移平台将PDMS薄膜上的Fe3GeTe2纳米级薄片转移至Ti/Au电极上；
[0016]步骤S2.4、采用步骤S2.1
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步骤S2.3所述方法将二维材料CrPS4转移至Fe3GeTe2/(Ti/Au)上；
[0017]步骤S2.5、采用步骤S2.1
‑
步骤S2.3所述方法将二维材料hBN转移至CrPS4/Fe3GeTe2/(Ti/Au)上。
[0018]进一步地，所述步骤S1.1中硅衬底上甩两层电子束曝光胶，其中第一层是170nm MMAEL6，第二层是200nm PMMAA5。
[0019]进一步地，所述步骤S1.2中电子束曝光选择的加速电压为30kv，工作距离为6mm。
[0020]进一步地，所述步骤S1.3中显影时间为38s，定影时间为10s。
[0021]进一步地，所述步骤S1.4蒸镀金属钛的速率为蒸镀金的速率为所述金属钛蒸镀厚度为10nm，蒸镀金的厚度为50nm。
[0022]进一步地，所述步骤S1.5中剥离操作浸泡时间为15min。
[0023]进一步地，所述步骤S2均在手套箱中完成，手套箱水含量小于1ppm；氧含量小于1ppm。
[0024]进一步地，所述步骤S2.1中先用镊子取一块Fe3GeTe2单晶于胶带上，反复对粘直至胶带上有大量Fe3GeTe2样品颗粒；将聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜的一面与载玻片贴合，另一面与胶带中带有Fe3GeTe2样品的部分贴合；撕下胶带后，PDMS上即存在Fe3GeTe2样品颗粒。
[0025]本专利技术具备的有益效果：
[0026](1)器件制备工艺流程相对简单，干法转移过程极大提高了器件制备工艺过程中的容错率。
[0027](2)在本专利技术中的工艺流程中，采用了先做金属电极后做样品的工艺流程，可以有效地避免了电子束胶、有机液体(丙酮、异丙醇等)以及去离子水会对样品造成负面影响导致器件性能难以达到预期。传统的工艺流程是先做样品再做电极，在做电极的过程中会使Fe3GeTe2样品接触电子束胶、有机液体(丙酮、异丙醇等)以及去离子水等污染物，会影响最终的器件性能。
[0028](3)本专利技术的电极设计能够同时对Fe3GeTe2以及Fe3GeTe2/CrPS4，进行测试，测试效率提高且确保数据分析准确。
[0029](4)二维材料纳米级厚度薄片从二维材料晶体中获得，薄片质量高，不会像利用化学气相沉积、物理气相沉积等方法获得的薄膜存在缺陷、空位。
[0030](5)器件的核心样品CrPS4同时满足容易剥落和化学稳定性的两个条件。简化了材料的剥离过程。
[0031](6)工作电流小，100μA电流即可驱动器件工作，功耗低，具备集成到磁性器件中的潜力。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例中的金属电极结构示意图。
[0033]图2为本专利技术实施例中的二维材料器件制备流程示意图。
[0034]图3为为本专利技术实施例中的最终完成的器件结构示意图。
[0035]图4为为本专利技术实施例中的测量器件的纵向电阻R
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种实现交换偏置效应的二维异质结器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、在硅衬底上制备金属电极；步骤S1.1、将硅衬底依次分别放置于丙酮、乙醇和去离子水中并通过超声机对硅衬底进行清洗；通过氮气吹干之后，将硅衬底吸附在匀胶机上，均匀旋涂电子束曝光胶并烘干；步骤S1.2、将旋涂后的硅衬底放至电子束曝光机EBL的电子束腔体中，将腔体抽真空至10
‑6Pa量级以下；根据输运测量电极结构图，用电子束轰击旋涂后的硅衬底，进行曝光；步骤S1.3、将硅衬底放置于显影液中进行显影，除掉硅衬底上被曝光的区域，露出底部硅衬底；然后将硅衬底移至异丙醇中完成定影操作；将定影后的硅衬底吹干；步骤S1.4、将吹干的硅衬底放置于电子束蒸镀系统EBE的电子束腔体中，将腔体抽真空至10
‑6Pa量级以下；对硅衬底首先蒸镀一层Ti作为粘附层，然后再蒸镀一层Au；步骤S1.5、将蒸镀好的硅衬底放置于丙酮中浸泡，剥离掉未曝光的部分，剩余部分即为所制备的金属电极；步骤S2、制备二维材料Fe3GeTe2、CrPS4和hBN纳米级厚度薄片；筛选出厚度均匀的Fe3GeTe2、CrPS4和hBN纳米级厚度薄片，依次将Fe3GeTe2、CrPS4和hBN转移至步骤S1所制备的带有金属电极的硅衬底上；步骤S2.1、将聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜一面与载玻片贴合，另一面粘贴Fe3GeTe2样品颗粒；步骤S2.2、用光学显微镜在PDMS薄膜上筛选纳米级厚度的Fe3GeTe2薄片，保证PDMS薄膜上的Fe3GeTe2纳米薄片厚度均匀分布；步骤S2.3、将筛选好的载玻片置于二维材料转移平台的待转样品端固定，将步骤S1.6制备好的金属电极置于样品台固定；利用二维材料转移平台将PDMS薄膜上的Fe3GeTe2纳米级薄片转移至Ti/Au电极上；步骤S2.4、采用步骤S2.1
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【专利技术属性】
技术研发人员：普勇，郭欣蕾，钮伟，吴振旗，顾凯，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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