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无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

教育装备采购网 2024-01-16 13:48 围观1929次

无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

论文题目:Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2‑Based 2D van der Waals Heterojunctions

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

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

  【引言】

  基于范德华 (vdW) 异质结构的磁隧道结 (MTJs)具有原子尺度上清晰且锐利的界面,是下一代自旋电子器件的重要材料。传统的Fe3O4、NiFe和Co等材料所制成的MTJ相关器件在10-80K温度下的磁阻率仅为0.2%-3.2%,主要是因为在制备过程中界面处会受到不可避免的损伤。寻找拥有清晰且完整界面的垂直磁各向异性(PMA)的铁磁性晶体就成为了发展MTJ相关器件的关键。二维过渡金属二硫属化物是一种具有清晰的界面二维铁磁材料,近年来成为制备MTJ相关器件的明星材料。然而,在已报道的研究中,尚未有在室温下还展现出一定隧穿磁阻率的相关研究。

  【成果简介】

  近日,华中科技大学相关团队利用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3制备出了基于垂直范德华结构的室温条件下的MTJ器件。器件的上下电极为Fe3GaTe2,中间层为WS2。非线性I-V曲线显示了Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的隧穿输运行为。在10K的温度下,其隧穿磁阻率可达213%,自旋极化率可达72%。在室温条件下,所制备器件的隧穿磁阻率仍可达11%,此外,隧穿磁阻率可以通过外加电流进行调控,调控范围为-9%-213%,显示出了自旋滤波效应。相关工作以《Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2‑Based 2D van der Waals Heterojunctions》为题在SCI期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表。

  文中所使用的小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3具有结构小巧紧凑(70 cm x 70 cm x 70 cm),无掩膜直写系统的灵活性,还拥有高直写速度,高分辨率等特点,为本实验提供了方便高效的器件制备方案。

无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3

  【图文导读】

无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

图1. Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件结构及表征。(a)Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件结构的示意图。(b)Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件各部分的AFM表征。(c)MTJ器件的刨面图。

无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

图2. Fe3GaTe2霍尔器件的磁传输特性。(a)利用MicroWriter ML3无掩模光刻机制备的Fe3GaTe2霍尔器件的AFM表征结果。(b)Rxx随温度的变化。(c)不同温度下,Rxy随磁场的变化。

无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

图3.Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件的电磁输运特性。(a)在10K和300K的温度下的I-V曲线。(b)在温度为10K和电流为10nA的条件下,电阻和隧穿磁阻率随磁场的变化。

无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

图4. 在10K到300K的温度范围内的磁输运测量结果。(a)隧穿磁阻率在不同温度下的结果。(b)隧穿磁阻率随温度的变化。(c)自旋极化率随温度的变化。

无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

图5. 论文中制备的器件与其他论文中器件的自旋极化率比较。

  【结论】

  论文中,华中科技大学相关团队利用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3 制备了基于Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件。该器件在10K的温度下,隧穿磁阻率高达213%,自旋极化率为72%。与已报道的MTJ器件相比,论文中所制备的器件在室温下的隧穿磁阻率仍可达11%,为自旋电子器件的发展提供了一种可能。此外,在论文中还可以看出,小型台式无掩膜直写光刻系统-MicroWriter ML3得益于其强大的光刻和套刻能力,可以十分方便地实现实验中所设计图形的曝光,是各学科科研中制备各类微纳器件的得力助手。

无掩膜直写光刻系统助力范德华异质结构器件制备,室温下展现隧穿磁阻率!

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  1、小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3https://www.caigou.com.cn/product/20160315755.shtml

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