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研究人员开发出与硅片结合的新型多铁性材料及设备 
来源:新材料在线 | 发表时间:2015-01-19 
金属材料 | 铁电性 | 铁磁性 | 高端制造

摘要:北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)领导的研究小组已经对多铁性材料进行了两项改进,包括将多铁性材料集成在硅片上,这有利于推动新型电子存储设备的发展。研究人员已经创建出了设备原型,现在正在对原型进行测试中。

多铁性材料同时具有铁电和铁磁两种特性。

“这些多铁性材料使电场切换材料磁性、磁场切换材料电极成为可能。这使得这些材料在新一代低功耗、非易失存储设备上具有广阔的应用前景。”北卡罗来纳州立大学材料科学和工程学院John C. Fan特聘教授、该研究工作两篇相关论文的资深作者Jay Narayan博士说。

研究人员已知,可以通过将具有铁电特性的钛酸钡(BTO)和具有铁磁特性的锰酸锶镧(LSMO)进行分层叠加创建出一种多铁性材料。但是这些“双层”薄膜不能被大规模使用,因为它们若被集成在硅片上,薄膜中的组成成分会扩散到硅中。

Narayan的研究小组从两个方面对其进行了改进。首先,开发一种技术使BTO也具有铁磁特性,使其不需LSMO也能具有多铁性;其次,开发出一种缓冲层,用它将具有多铁性的BTO或具有多铁性的BTO-LSMO双层薄膜集成在一块硅片上。

为了使BTO具有多铁性,研究人员用一种大功率纳秒脉冲激光器在材料中创造出与氧空位相关的缺陷。这些缺陷创造出了BTO中的铁磁特性。

缓冲层由氮化钛(TiN)和氧化镁(MgO)构成。TiN以单晶体的形式生长在硅衬底上。MgO则以单晶体的形式生长在TiN上。之后,BTO或BTO-LSMO双层薄膜沉积在MgO上。这样,形成的缓冲层能够防止薄膜中的组成成分扩散到硅中,从而不破坏硅晶体管,使多铁性材料有效发挥作用。

“我们已经用这些集成的多铁性材料制作出了存储设备原型,现在正在对这些原型进行测试,” Narayan说,“之后我们将开始寻找行业合作伙伴,以实现向工业生产的转型”。


 

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