【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁电子学，具体为一种制备柔性自旋阀器件的方法。
技术介绍
1、随着物联网、可穿戴设备以及仿生机器人技术的发展，柔性电子器件开始受到广泛的关注。其中，基于磁性薄膜的柔性磁电子器件可以作为传感器和存储器单元集成在智能可穿戴设备中，具有重要的应用前景。柔性金属磁性薄膜的制备主要有两种方法：一是通过牺牲层法获得自支撑的磁性薄膜，然后转移到柔性衬底上；二是直接在柔性衬底上沉积磁性薄膜，常见的柔性衬底包含：聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚酰亚胺（pi）、聚二甲基硅氧烷（pdms）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）等，其中能在pet和pi上直接生长出表面平整的磁性薄膜。但是受磁弹各向异性的影响，柔性材料在拉伸或者压缩时性能会受到影响，这不利于器件的稳定性。因此需要探索使柔性磁性薄膜在应变下保持磁各向异性稳定性的方法。
2、自旋阀是自旋电子学领域的重要器件之一，利用电子自旋而非电荷来操控电流，从而实现更高效的磁存储和磁传感器件，柔性自旋阀是一种能够弯曲和拉伸的自旋电子器件。2000年左右随着柔性电子学的兴起，研究人员开始探索将柔性材料和自旋相结合的研究，其重点主要在柔性磁性材料的研究。2006年初步试验显示了在柔性衬底上沉积磁性薄膜的可行性，为后续研究柔性自旋阀奠定了基础。2010年成功制备出柔性自旋阀，通常在柔性衬底聚酰亚胺（pi）或聚对二甲苯（parylene）上沉积自旋阀结构薄膜，这些柔性自旋阀在弯曲状态下能够保持其巨磁电阻（gmr）或隧道磁电阻（tmr）效应。2025年研究人员开始使用二维材料和一维纳米线来制造柔性自
3、pi是一种高性能的聚合物材料，因其优异的热稳定性、机械强度和耐化学性而在许多领域得到了广泛应用，激光诱导石墨烯（laser-induced graphene, lig）技术是一种通过激光加工将某些含碳材料直接转化为石墨烯的创新方法。该技术具有快速、高效、可控和低成本的特点，已在多个领域展现出广阔的应用前景。能对磁场做出某种方式反应的材料称为磁性材料，按照物质在外磁场中表现的强弱，可将其分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性材料。对磁性材料来讲，磁化曲线和磁滞回线是反应其基本磁性能的特性曲线。铁磁性材料一般是co、fe、ni元素及其合金，稀土元素及其合金、以及一些mn的化合物。磁性材料是一类典型的功能性材料，其独特的电磁学性能使得其在磁性测传感、信息处理和磁性存储领域有着广泛的应用。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种制备柔性自旋阀的方法，利用pi为载体，采用反铁磁性颗粒和磁性颗粒为掺杂物，制备多层pi薄膜，结合激光诱石墨烯（lig）工艺导制备柔性自旋阀器件。
2、本专利技术提供的技术方案如下：
3、一种制备柔性自旋阀器件的方法，其步骤包括：
4、1）底电极的制备：将pi胶带粘贴在衬底上，采用激光直写诱导石墨烯工艺，在pi胶带上形成石墨烯底电极；
5、2）反铁磁钉扎层的制备，具体包括如下步骤：
6、2-1）将反铁磁性颗粒均匀混入pi液体中；
7、2-2）上述衬底置于匀胶机上，将步骤2-1）得到的pi液体滴在衬底的中心区域，进行旋涂，并固化处理，在石墨烯底电极上形成pi薄膜，
8、2-3）进行激光直写操作，获得含有反铁磁颗粒的石墨烯层，作为反铁磁钉扎层；由于该层石墨烯中含有反铁磁颗粒，反铁磁钉扎层可以对固定铁磁电极的磁矩方向进行固定；
9、3）固定铁磁电极的制备，具体包括如下步骤：
10、3-1）将铁磁性颗粒均匀混入pi液体中；
11、3-2）上述衬底置于匀胶机上，将步骤3-1）得到的pi液体滴在衬底的中心区域，进行旋涂，并固化处理，在反铁磁钉扎层上形成pi薄膜，该薄膜的厚度小于步骤2-2）制备的pi薄膜；
12、3-3）进行激光直写操作，获得含有铁磁颗粒的石墨烯层，作为固定铁磁层；
13、4）隧道屏障层的制备：选取纯pi液或者采用非磁性绝缘颗粒对pi液体进行掺杂，接着将上述衬底置于匀胶机上，将纯pi液或掺杂非磁性绝缘颗粒的pi液体滴在衬底的中心区域，进行旋涂，并固化处理，在固定铁磁层上形成pi薄膜，采用该pi薄膜作为隧道屏障层；
14、5）自由铁磁电极的制备：采用步骤3-1）—3-3），获得含有铁磁颗粒的石墨烯层，该石墨烯层作为自由铁磁电极层；所述自由铁磁层的厚度与固定铁磁层的厚度可以不同，也可以相同，所述自由铁磁层中掺杂磁性颗粒种类与固定铁磁层可以相同也可以不同；
15、6）顶电极的制备：在上述衬底表面涂覆一层pi液体，并固化处理，在自由铁磁层上形成pi薄膜，采用激光直写工艺，得到石墨烯顶电极，从而构成器件结构；
16、7）自旋阀器件的封装：采用pi胶带平整粘贴在器件结构的外表面，同时将最底层的pi胶带从刚性衬底上分离，采用激光直写工艺将底电极和顶电极漏出，获得柔性自旋阀器件。
17、进一步，步骤1）中所述衬底为玻璃、云母或硅片。
18、进一步，所述反铁磁性颗粒为cofeb、coo、mnau、crsb、mn2as、nimn、mno、feo、 coo、nio、mns、α-fe2o3、fes、fecl2或mnf2颗粒。
19、进一步，所述铁磁性颗粒为fe、co、ni、feco、feni或cofeb颗粒。
20、进一步，所述非磁性绝缘颗粒为mgo、al2o3、aln、tio2或zno颗粒。
21、进一步，步骤2-1）中反铁磁性颗粒与pi液体的比例为0.1g/ml~0.3g/m，步骤3-1）中铁磁性颗粒与pi液体的比例为0.1g/ml~0.3g/m。将反铁磁性颗粒或铁磁性颗粒均匀混入pi液体具体操作为，首先将有机溶剂作为分散剂，将反铁磁性颗粒或磁性颗粒溶于有机溶剂中，再与pi液体进行混合，置于超声容器中超声，获取均匀掺杂反铁磁性颗粒或磁性颗粒的pi液体，所述有机溶剂选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或n-甲基吡咯烷酮中的一种。
22、进一步，步骤2-2）、步骤3-2）或步骤4）中的旋涂具体为，首先设置低转速将pi液体平铺开，再设置高转速使pi液体均匀分布。
23、进一步，步骤2-2）、步骤3-2）或步骤4）中的固化具体分为三阶段，分别为，第一段：60℃-100℃，保持20min-30min；第二段：150℃-200℃，保持40min-60min；第三段：260℃-300℃，保持 30min-60min。
24、本专利技术的有益效果如下：
25、本专利技术制备出柔性自旋阀器件，由于每层薄膜均属于柔性材料，其抗弯折能力有明显的提升，本专利技术运用激光诱导石墨烯技术直接进行直写制备电极，操作简单无掩膜有效防止了片子被污染，本专利技术自旋阀制备工艺方法简单，并且可以大规模制备，为磁性电子器件的制备提供了新思路。
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1.一种制备柔性自旋阀器件的方法，其步骤包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中所述衬底为玻璃、云母或硅片。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反铁磁性颗粒为CoFeB、CoO、MnAu、CrSb、Mn2As、NiMn、MnO、FeO、 CoO、NiO、MnS、α-Fe2O3、FeS、FeCl2或MnF2颗粒。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁磁性颗粒为Fe、Co、Ni、FeCo、FeNi或CoFeB颗粒。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非磁性绝缘颗粒为MgO、Al2O3、ALN、TiO2或ZnO颗粒。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2-1）中反铁磁性颗粒与PI液体的比例为0.1g/mL~0.3g/m，步骤3-1）中铁磁性颗粒与PI液体的比例为0.1g/mL~0.3g/m。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将反铁磁性颗粒或铁磁性颗粒均匀混入PI液体具体操作为，首先将有机溶剂作为分散剂，将反铁磁性颗粒或磁性颗粒溶于有机溶剂中，再与PI
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2-2）、步骤3-2）或步骤4）中的旋涂具体为，首先设置低转速将PI液体平铺开，再设置高转速使PI液体均匀分布。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2-2）、步骤3-2）或步骤4）中的固化具体分为三阶段，分别为，第一段：60℃-100℃，保持20min-30min；第二段：150℃-200℃，保持40min-60min；第三段：260℃-300℃ 保持30min-60min。
...【技术特征摘要】
1.一种制备柔性自旋阀器件的方法，其步骤包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中所述衬底为玻璃、云母或硅片。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反铁磁性颗粒为cofeb、coo、mnau、crsb、mn2as、nimn、mno、feo、 coo、nio、mns、α-fe2o3、fes、fecl2或mnf2颗粒。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁磁性颗粒为fe、co、ni、feco、feni或cofeb颗粒。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非磁性绝缘颗粒为mgo、al2o3、aln、tio2或zno颗粒。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2-1）中反铁磁性颗粒与pi液体的比例为0.1g/ml~0.3g/m，步骤3-1）中铁磁性颗粒与pi液体的比例为0.1g/ml~0....
【专利技术属性】
技术研发人员：田姣姣，任中阳，田仲政，于达程，夏晨皓，任黎明，刘飞，傅云义，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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