基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品及其制备方法和应用技术

本申请公开了基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品及其制备方法和应用，本申请以范德华材料或表面覆有范德华材料的衬底为生长基底，采用化学气相沉积法将尖晶石型铁氧体材料沉积在生长基底上，得到附着在生长基底表面的二维尖晶石型铁氧体薄膜。本申请将范德华材料引入到衬底表面作为晶格失配缓冲层，有效降低了界面应力作用，减少了界面缺陷、位错等不良因素，解决了基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品面临的多物理失配限制问题，从而实现将二维尖晶石型铁氧体薄膜集成在不同衬底上，特别是硅基衬底，该方法具有一定的普适性，所得二维尖晶石型铁氧体薄膜结晶效果好。晶石型铁氧体薄膜结晶效果好。晶石型铁氧体薄膜结晶效果好。

【技术实现步骤摘要】
基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及无机纳米材料
，特别涉及一种基于范德华外延制备二维尖晶石型铁氧体薄膜的方法、基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品及其应用。

技术介绍

[0002]现代信息技术的发展推动电子材料和器件逐渐走向低维纳米尺度，例如当前三星电子3nm制程芯片已经量产。近年来，二维层状材料，即层内以强的共价键结合而成,而层与层之间依靠弱的范德华力堆叠在一起的一类新材料，凭借其超薄的厚度和优异的器件性质引起了科学家的极大兴趣。其中，二维磁性材料是当前研究的前沿和热点，不仅为研究新奇物理现象提供了理想的平台，也为构造自旋电子学器件提供了新思路。然而，表现出磁性的二维层状材料种类相当有限，且大多具有低于室温的居里温度和较差的环境稳定性，这些都极大地限制了它们在实际器件中的应用。
[0003]与二维层状材料相比，非层状材料具有更丰富的材料体系，某些方面具有更突出的物理特性，与层状材料具有很强的互补性。典型的如尖晶石型铁氧体材料，由于其独特的电子结构而具有优异的环境稳定性以及丰富的光、电、磁等多种功能，在电子、光电子器件领域有着广泛的应用前景。如能将其二维化，则能极大地丰富二维材料的种类，带来全新的材料特性和器件功能。现有的生长技术(例如分子束外延、脉冲激光沉积)往往要求二维产物与生长基底之间的严格晶格匹配，而且设备价格昂贵，限制了其大规模应用。然而，尖晶石型铁氧体材料具有本征的三维共价键体结构，很难通过机械剥离、化学或物理气相沉积制备出相应的二维薄层结构。因此，探索尖晶石型铁氧体材料的普适性二维化制备方法具有重要的意义与价值。

技术实现思路

[0004]针对目前二维尖晶石材料结晶质量差、无法与硅基集成等问题，本申请实施例提供一种基于范德华外延制备二维尖晶石型铁氧体薄膜的方法、基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品及其应用。
[0005]第一方面，本申请提供一种基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品，该产品包括生长基底和附着在生长基底表面的二维尖晶石型铁氧体薄膜，生长基底为范德华材料或表面覆有范德华材料的衬底。
[0006]在本专利技术提供的一些实施方式中，范德华材料为表面无悬挂键的层状材料，选自云母、氮化硼、石墨、过渡金属硫族化合物中的任一种。
[0007]在本专利技术提供的一些实施方式中，表面覆有范德华材料的衬底的制备方法为：采用机械剥离法或气相沉积法将范德华材料附着在衬底表面；衬底优选为硅片。
[0008]在本专利技术提供的一些实施方式中，衬底表面范德华材料的厚度为0.3nm
‑
1mm，优选地，范德华材料的厚度为1
‑
20nm。
[0009]在本专利技术提供的一些实施方式中，尖晶石型铁氧体的化学式为AB2O4，A为二价金属
阳离子，包括Cr
2+
、Mn
2+
、Fe
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Cd
2+
中的一种或多种；B为三价金属阳离子，包括Cr
3+
、Mn
3+
、Fe
3+
、Co
3+
、Ni
3+
、Ga
3+
中的一种或多种。
[0010]在本专利技术提供的一些实施方式中，二维尖晶石型铁氧体薄膜的横向尺寸为3
‑
300μm，厚度为1
‑
300nm。一些优选实施例中，二维尖晶石型铁氧体薄膜的横向尺寸为5
‑
50μm，厚度为2
‑
5nm。
[0011]第二方面，本申请提供一种制备基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品的方法，包括：采用化学气相沉积法将尖晶石型铁氧体材料沉积在生长基底上，得到附着在生长基底表面的二维尖晶石型铁氧体薄膜。
[0012]在本专利技术提供的一些实施方式中，采用化学气相沉积法将尖晶石型铁氧体材料沉积在生长基底上包括：将反应原料和生长基底置于管式炉中，在通惰性载气的条件下进行高温反应；反应结束后，冷却，得到附着在生长基底表面的二维尖晶石型铁氧体薄膜。
[0013]在本专利技术提供的一些实施方式中，所述反应原料为A、B的纯金属、氧化物粉末、氯化物粉末中的一种或多种，反应原料A和B的原子比1:2
‑
1:2.5。
[0014]第三方面，本申请提供基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品在磁性器件或电子器件领域的应用。
[0015]与现有技术相比，本申请将范德华材料引入到衬底表面作为晶格失配缓冲层，有效降低了界面应力作用，减少了界面缺陷、位错等不良因素，解决了基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品面临的多物理失配限制问题，从而实现将二维尖晶石型铁氧体薄膜集成在不同衬底上，所得薄膜结晶质量高、环境稳定性好、制备成本低、尺寸和厚度可调，最薄可至单个晶胞大小。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本申请实施例1制备的基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品的结构示意图。
[0018]图2是本申请实施例1在云母衬底表面制备二维尖晶石型铁氧体薄膜的原理示意图。
[0019]图3是本申请实施例1在云母衬底表面所得产物的(a)光学显微镜和(b)原子力显微镜观察结果图。
[0020]图4是本申请对比例1在硅片衬底表面所得产物的光学显微镜观察结果图。
[0021]图5为本申请实施例1在云母衬底表面所得产物的拉曼光谱图，其拉曼特征峰可以确定实施例1在云母衬底表面所得产物的成分是钴铁氧体；
[0022]图6为本申请实施例1在云母衬底表面所得产物的(a)高分辨透射电镜图、(b)选区电子衍射图和(c)元素分布图。
[0023]图7为本申请实施例1制备的三明治型器件的电流
‑
电压曲线。
[0024]图8为本申请实施例1在云母衬底表面所得产物在不同温度条件下获得的(a)垂直磁场方向和(b)平行磁场方向的磁滞回线。
[0025]图9是本申请实施例2在云母衬底表面所得产物的(a)光学显微镜观察结果图、(b)高分辨透射电镜图和(c)元素分布图。
具体实施方式
[0026]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0027]第一方面，本申请提供一种基于二维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品，其特征在于，包括生长基底和附着在生长基底表面的二维尖晶石型铁氧体薄膜，所述生长基底为范德华材料或表面覆有范德华材料的衬底。2.根据权利要求1所述的基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品，其特征在于：所述范德华材料为云母、氮化硼、石墨、过渡金属硫族化合物中的任一种。3.根据权利要求1所述的基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品，其特征在于：衬底表面范德华材料的厚度为0.3nm
‑
1mm。4.根据权利要求1所述的基于二维尖晶石型铁氧体薄膜的产品，其特征在于：所述尖晶石型铁氧体的化学式为AB2O4；其中A为二价金属阳离子，为Cr
2+
、Mn
2+
、Fe
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Cd
2+
中的一种或多种；B为三价金属阳离子，为Cr
3+
、Mn
3+
、Fe
3+
、Co
3+
、Ni
3+
、Ga
3+
中的一种或多种。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：何军，程瑞清，尹蕾，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：