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無掩膜直寫光刻系統助力范德華異質結構器件制備,室溫下展現隧穿磁阻率!

教育裝備采購網 2024-01-16 13:48 圍觀1116次

無掩膜直寫光刻系統助力范德華異質結構器件制備,室溫下展現隧穿磁阻率!

論文題目:Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2?Based 2D van der Waals Heterojunctions

發表期刊:ACS Applied Materials & Interfaces IF: 9.5

DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.3c06167

  【引言】

  基于范德華 (vdW) 異質結構的磁隧道結 (MTJs)具有原子尺度上清晰且銳利的界面,是下一代自旋電子器件的重要材料。傳統的Fe3O4、NiFe和Co等材料所制成的MTJ相關器件在10-80K溫度下的磁阻率僅為0.2%-3.2%,主要是因為在制備過程中界面處會受到不可避免的損傷。尋找擁有清晰且完整界面的垂直磁各向異性(PMA)的鐵磁性晶體就成為了發展MTJ相關器件的關鍵。二維過渡金屬二硫屬化物是一種具有清晰的界面二維鐵磁材料,近年來成為制備MTJ相關器件的明星材料。然而,在已報道的研究中,尚未有在室溫下還展現出一定隧穿磁阻率的相關研究。

  【成果簡介】

  近日,華中科技大學相關團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3制備出了基于垂直范德華結構的室溫條件下的MTJ器件。器件的上下電極為Fe3GaTe2,中間層為WS2。非線性I-V曲線顯示了Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的隧穿輸運行為。在10K的溫度下,其隧穿磁阻率可達213%,自旋極化率可達72%。在室溫條件下,所制備器件的隧穿磁阻率仍可達11%,此外,隧穿磁阻率可以通過外加電流進行調控,調控范圍為-9%-213%,顯示出了自旋濾波效應。相關工作以《Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2?Based 2D van der Waals Heterojunctions》為題在SCI期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上發表。

  文中所使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3具有結構小巧緊湊(70 cm x 70 cm x 70 cm),無掩膜直寫系統的靈活性,還擁有高直寫速度,高分辨率等特點,為本實驗提供了方便高效的器件制備方案。

無掩膜直寫光刻系統助力范德華異質結構器件制備,室溫下展現隧穿磁阻率!

小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3

  【圖文導讀】

無掩膜直寫光刻系統助力范德華異質結構器件制備,室溫下展現隧穿磁阻率!

圖1. Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件結構及表征。(a)Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件結構的示意圖。(b)Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件各部分的AFM表征。(c)MTJ器件的刨面圖。

無掩膜直寫光刻系統助力范德華異質結構器件制備,室溫下展現隧穿磁阻率!

圖2. Fe3GaTe2霍爾器件的磁傳輸特性。(a)利用MicroWriter ML3無掩模光刻機制備的Fe3GaTe2霍爾器件的AFM表征結果。(b)Rxx隨溫度的變化。(c)不同溫度下,Rxy隨磁場的變化。

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圖3.Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件的電磁輸運特性。(a)在10K和300K的溫度下的I-V曲線。(b)在溫度為10K和電流為10nA的條件下,電阻和隧穿磁阻率隨磁場的變化。

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圖4. 在10K到300K的溫度范圍內的磁輸運測量結果。(a)隧穿磁阻率在不同溫度下的結果。(b)隧穿磁阻率隨溫度的變化。(c)自旋極化率隨溫度的變化。

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圖5. 論文中制備的器件與其他論文中器件的自旋極化率比較。

  【結論】

  論文中,華中科技大學相關團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3 制備了基于Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2異質結構的MTJ器件。該器件在10K的溫度下,隧穿磁阻率高達213%,自旋極化率為72%。與已報道的MTJ器件相比,論文中所制備的器件在室溫下的隧穿磁阻率仍可達11%,為自旋電子器件的發展提供了一種可能。此外,在論文中還可以看出,小型臺式無掩膜直寫光刻系統-MicroWriter ML3得益于其強大的光刻和套刻能力,可以十分方便地實現實驗中所設計圖形的曝光,是各學科科研中制備各類微納器件的得力助手。

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