一種通過極化方向調控霍爾效應的結構的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種通過極化方向調控霍爾效應的結構。
【背景技術】
[0002]霍爾效應在1879年被E.H.霍爾發現，它定義了磁場和感應電壓之間的關系，這種效應和傳統的感應效果完全不同。當電流通過一個位于磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子產生一個垂直于電子運動方向上的作用力，從而在導體的兩端產生電壓差。雖然這個效應多年前就已經被大家知道并理解，但基于霍爾效應的傳感器在材料工藝獲得重大進展前并不實用，直到出現了高強度的恒定磁體和工作于小電壓輸出的信號調節電路。根據設計和配置的不同，霍爾效應傳感器可以作為開/關傳感器或者線性傳感器。
[0003]然而，在鐵磁材料中，霍爾電阻率P H還包含其它部分的貢獻，這主要來源于鐵磁材料的自發磁化強度，可以用公式表示為:
[0004]p H= R 0B+4 n RSM(1)
[0005]式中，Ro為正常霍爾系數，而Rs為反常霍爾系數。在過去幾年里，反常霍爾效應(AHE = 4jt RSM)主要用于研究和分析稀磁半導體(DSM)中的磁性機制和在自旋電子學方面具有潛在應用的材料。從公式(1)可以看出，反常霍爾效應部分正比于磁化強度M。然而，最近的一些實驗表明，反常霍爾效應與磁化強度之間存在非單調的變化關系，有時候甚至會發生符號上的改變，因此，對反常霍爾效應機制的研究具有一定的意義。人們發現，除了磁性材料之外，在一些非磁性材料中，例如生長在磁性材料表面的非磁性層鉑，也能觀察到反常霍爾效應。
[0006]然而，當把很薄一層的鉑薄膜沉積在較厚的磁性金屬上，其導電性和磁性將會被磁性金屬所掩蓋。但是如果將鉑沉積在絕緣的磁性材料上，便可以對其導電性和磁性進行測量和表征。因此，研究鉑沉積在絕緣磁性材料上的反常霍爾效應具有及其重要的意義。
[0007]在眾多材料中，鐵酸鉍(BiFe03，簡寫BF0)可以滿足同時具有磁性和絕緣性的條件。首先，將鉑沉積在BF0上研究反常霍爾效應的研究還沒有見報道；其次，由于BF0是一種典型的多鐵性材料，不但具有磁性，同時還具有鐵電性，其鐵電極化方向可以通過外場進行調控。而BF0中磁性來源于鐵離子，在極化方向轉變的過程中，鐵離子的位置可能會發生移動，從而影響到上面一層薄膜鉑的磁性，進一步影響到反常霍爾效應。而通過改變極化方向來調控反常霍爾效應的研究也沒有見報道。第三，BF0由于具有較大的漏電流密度，想要大面積的對它進行極化是很困難的。如圖1所示為測量霍爾效應的常用結構，在基片al上沉積下電極a2，在下電極a2上沉積BF0薄膜層a3，在BF0薄膜層a3上沉積鈾電極a4。這種結構通常只能對面積在0.6mmX0.6mm以內的BF0薄膜層a3進行極化，面積越大，BF0薄膜層a3漏電越嚴重。而且這種結構制作比較困難。
【發明內容】
[0008]為了研究鉑沉積在絕緣磁性材料上的反常的霍爾效應，本發明提供一種通過極化方向調控霍爾效應的結構，該結構通過改變BFO薄膜的極化方向來改變BFO薄膜里面鐵原子的位置，從而改變與之接觸的鉑電極薄膜被磁化的強度，從而調控鉑電極反常的霍爾效應。本發明的結構，既可以測量霍爾效應，也可以改變BFO極化方向，從而實現過改變BFO薄膜的極化方向來調控鉑薄膜的電學性質。本發明提供了一種可以改變BFO極化方向，通過極化方向來調控鉑/BFO反常霍爾效應的結構。
[0009]本發明通過以下技術方案實現:
[0010]—種通過極化方向調控霍爾效應的結構，包括:
[0011 ]基片；
[0012]下電極層，沉積在基片上；
[0013]BF0薄膜層，沉積在下電極層上；
[0014]絕緣層，沉積在BF0薄膜層上；所述絕緣層上并排設有兩個方孔；
[0015]所述絕緣層的兩個方孔內均設有呈十字架形的鉑電極，所述鉑電極的下端面與BF0薄膜層接觸，鉑電極的上端高于方孔口部且鉑電極的四個端部在絕緣層上向外延伸，兩個鉑電極位于兩個方孔之間的兩端部連接為一體；所述兩個鉑電極的六個端部均固定連接銀電極。所述下電極層和銀電極用于分別連接脈沖電源的正負極，對鉑電極與下電極層之間施加電場，改變鉑電極與下電極層之間的BF0薄膜的極化方向。
[0016]進一步，由于在測量霍爾效應的時候，施加電流平行于所述鉑電極垂直于兩個方孔的邊，測量十字架形的鉑電極另一邊的兩端之間的電壓，為了使通過被測量電壓的鉑電極的邊電流足夠小以至于不影響被測電壓的準確性，所以，所述鉑電極垂直于兩方孔的邊的寬度大于鉑電極另一邊的寬度。
[0017]進一步，所述基片包括SrTi03、1^103中的至少一種。
[0018]進一步，所述下述電極層包括LaQ.7Sra3Mn03、LaQ.7SrQ.3Co03、SrRuO；^的至少一種。
[0019]進一步，所述絕緣層包括SrTi03、LaA103、Al203、AlN、BaTi03、NdGa03中的至少一種。
[0020]本發明的有益效果:
[0021]本發明的通過極化方向調控霍爾效應的結構，可以通過下電極層和銀電極分別與脈沖電源的正負極連接對BF0薄膜施加電場進行極化。該結構中，通過在BF0薄膜和鈾電極層之間沉積帶兩方孔的絕緣層，把鉑電極設置在絕緣層的方孔內與BF0薄膜接觸，由于絕緣層上的方孔面積很小，方孔邊長小于0.8mm，從而使鉑電極的導電性和磁性不被BF0薄膜的導電性和磁性所掩蓋，從而可以對鉑電極的導電性和磁性進行測量和表征。同時由于BF0是一種典型的多鐵性材料，不但具有磁性，同時還具有鐵電性，其鐵電極化方向可以通過下電極層和銀電極連接的外電場進行調控。而BF0中磁性來源于鐵離子，在極化方向轉變的過程中，鐵離子的位置會發生移動，從而影響到BF0薄膜上面的鉑電極的磁性，進一步影響到反常霍爾效應。由于鉑電極的每個邊的寬度很小，該結構的鉑電極的端部設置在絕緣層上，在鉑電極的端部固定連接銀電極，銀電極的面積較大，銀電極的設置方便測量時連接導線。本結構實現通過改變極化方向來調控反常霍爾效應，有利于研究和分析稀磁半導體(DSM)中的磁性機制和在自旋電子學方面具有潛在應用的材料。
【附圖說明】
[0022]圖1是目前測量霍爾效應的常用結構示意圖；
[0023]圖2a是本發明的通過極化方向調控霍爾效應的結構示意圖；
[0024]圖2b是圖2a的半剖視圖；
[0025]圖3是本發明結構的BF0薄膜的衍射圖；
[0026]圖4a是對本發明的結構所測量的霍爾電阻隨磁場的變化關系；
[0027]圖4b是本發明的結構將正常霍爾效應扣除之后，得到的反常霍爾效應部分隨磁場的變化關系；
[0028]圖5a是對本發明的結構測量的不同極化方向下的霍爾電阻隨磁場的變化關系；
[0029]圖5b是對本發明的結構測量的不同極化方向下，得到的霍爾系數隨溫度的變化關系Ο
[0030]附圖標記
[0031]al, bl-基片；a2，b2~下電極層；a3，b3_BF0薄膜層;b4_絕緣層;b41_方孔；a4，b5-鉑電極;b6-銀電極;A-電流;U-電壓。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0033]如圖2a和圖2b所示，一種通過極化方向調控霍爾效應的結構，包括:
[0034]基片bl，所述基片包括SrTi03、LaA103中的至少一種。
[0035]下電極層b2，沉積在基片bl上撕述下述電極層包括!^。.#!.。.；^]^