Pb-In合金超导隧道结的制作工艺和热循环稳定性的研究

研究了不同条件下制作的Pb-In合金膜的热循环稳定性,以及用不同氧化方法制作的Pb-In合金隧道结的热循环稳定性。用直流辉光放电氧化制作的隧道结可以在室温下保存几个月和经受6—7次室温与4.2K之间的热循环,结的特性没有显著变化。     

Pb和Pb合金薄膜隧道结的表面观察及其损坏机理的探讨

对Pb和Pb合金薄膜隧道结的电极薄膜表面进行了观察,并把观察结果同结在低温下的直流I-V特性作了比较,从而进一步肯定了结区电极上的小丘、晶须和微晶粒等显徽结构引起位垒层短路是结热循环损坏的主要原因.     

用电子束蒸发制作Nb超导薄膜和Nb隧道结

本文报道了在10~(-5)—10~(-6)托的高真空下用电子束蒸发制作高质量的Nb超导薄膜的实验结果,Nb膜的临界温度T_c可以达到9.2K,接近大块纯Nb的T_c值(～9.3K)。研究了薄膜厚度、蒸发速率、衬底温度和真空度等淀积条件对Nb膜T_c的影响。用X射线衍射、电子显微和表面分析等方法分析了Nb膜的成分和结构。 用热氧化、直流辉光放电氧化和射频氧化等方法制成了Nb-NbO_x-Pb隧道结,通过表面分析研究了氧化位垒层的成分。对Nb隧道结的稳定性作了初步考察,40个串联结经过61次室温-4.2K之间的热循环和在室温下保存200天以上,结的I-V特性没有显著变化。     

小面积Pb合金隧道结中的准粒子射频感应台阶

我们用8mm波段的电磁波辐照小面积Pb合金超导隧道结,在能隙电压附近观察到了光子辅助的准粒子隧道效应所引起的感应台阶。本文报道了有关的测试方法、实验结果和主要结论,并简要地叙述了一种波导-悬置带线-隧道结的新的微波耦合结构。     

利用金属掩模法制备钉扎型磁性隧道结

利用金属掩模法和Ir22Mn78合金反铁磁钉扎层，制备了四种钉扎型的Py/Al2O3/Py，Py/Al2O3/Co，Co/Al2O3/Py和Co/Al2O3/Co磁性隧道结，坡莫合金的成分为Py＝Ni79Fe21.例如：利用狭缝宽度为100?μm的金属掩模，直接制备出室温隧穿磁电阻比值为17.2%的磁性隧道结Co/Al2O3/Co，其结电阻为76Ω,结电阻和结面积的积矢为76×10_{4Ωμm2，自由层的偏转场为1114?A/m，并且在外加磁场0.1114A·m-1之间时室温磁电阻比值 关键词： 磁性隧道结 隧穿磁电阻 磁随机存储器 金属掩模}     

铟Josephson结的制作及其氧化方法的研究

本文介绍了一种制作Josephson薄膜隧道结的氧化方法,用它可以制作出用普通方法难以制作的In薄膜隧道结。这种方法通过控制氧气的湿度、温度和氧化时间等因素来得到所需要的结的特性。用它制出的In-In_xO_Y-Pb隧道结质量高、重复性和一致性都很好。这种方法还可以用来制作sn和Pb隧道结。     

MgO单晶势垒磁性隧道结的第一性原理计算和实验研究

在MgO单晶势垒磁性隧道结中发现的室温高隧穿磁电阻现象,是近些年自旋电子学以及磁性隧道结磁电阻材料研究中的又一重大突破.本文主要评述和介绍2001年以来MgO单晶势垒磁性隧道结第一性原理计算和实验上的重要进展,以及介绍利用Layer-KKR第一性原理计算方法研究的Fe(001)/MgO/Fe、Fe(001)/FeO/MgO/Fe、Fe(001)/Mg/MgO/Fe、Fe(001)/Co/MgO/Co/Fe和Fe(001)[MgO/Fe/MgO/Fe等基于单晶MgO(001)单势垒及双势垒磁性隧道结材料的电子结构和自旋相关输运性质研究的最新进展.这些第一性原理定量计算的结果,不仅从物理上增强了对MgO单晶势垒磁性隧道结的电子结构和自旋相关输运特性的了解,而且对于研究新型室温磁电阻隧道结材料及其在自旋电子学器件中的广泛应用,具有一定的参考价值.     

高磁电阻磁性隧道结的几种微制备方法研究

利用金属掩模法优化了制备磁性隧道结的实验和工艺条件，金属掩模的狭缝宽度为100 μm. 采用4 nm厚的Co₇₅Fe₂₅为铁磁电极和10或08 nm厚的铝氧化物 为势垒膜， 直接制备出了室温隧穿磁电阻（TMR）为30%—48％的磁性隧道结，其结构为Ta(5 nm)/Cu(25 nm)/Ni₇₉Fe₂₁(5 nm)/Ir₂₂Mn₇₈(10 nm)/ Co₇₅Fe₂₅ (4 nm)/Al(08 nm)-O/Co₇₅Fe₂₅(4 nm)/Ni₇₉Fe ₂₁(20 nm)/Ta(5 nm).同时，利用刻槽打孔法和去胶掀离法两种光刻技术并结合Ar离子束刻蚀及化学反应刻 蚀，制备出面积在4 μm×8 μm—20 μm×40 μm、具有室温高TMR和低电阻的高质量磁性 隧道结.300 ℃ 退火前后其室温TMR可分别达到22% 和50%.研究结果表明，采用光刻中的刻 槽打孔或去胶掀离工艺方法制备的小尺寸磁性隧道结，可用于研制磁动态随机存储器和磁读 出头及其他传感器件的磁敏单元. 关键词： 磁性隧道结 隧穿磁电阻 金属掩模法 光刻法     

纳米隧道结的制备和特性研究

结合对向靶直流磁控溅射技术、微电子光刻方法和原子力显微镜阳极氧化加工方法制备了实用的纳米钛-钛氧化线-钛隧道结，钛膜的厚度为3.02nm.钛氧化线的宽度为60.5nm，在室温下此隧道结的I-V曲线表现出明显的库仑阻塞效应. 关键词： 原子力显微镜阳极氧化 钛氧化线 隧道结 库仑阻塞效应     

二维铁电材料α-In2Se3 表面分子束外延生长Pb 纳米岛的STM 研究

铁电材料拥有自发电极化, 不同的极化方向会对异质结的电子结构产生可逆的和非易失性的影响. 本工作采用分子束外延技术在二维铁电材料α-In2Se3 衬底上成功制备了 Pb 纳米岛构建 Pb/α-In2Se3 超导铁电异质结,并通过扫描隧道显微镜表征了其表面原子结构与电子结构. 进一步的扫描隧道谱测量显示不同层厚 Pb 岛的量子阱态消失, 并且我们在4.5 K 的温度下没有观察到超导能隙, 表明铁电衬底会影响 Pb 岛的电子结构, 甚至其超导特性. 这些发现为理解铁电衬底对超导性的影响提供了参考, 并为调控低维量子材料中的电子结构及超导性提供了新的思路.     

一种铅铋合金薄膜低温相的结构及超导物性表征

铅铋(Pb-Bi)合金超导材料被广泛研究,但对其低温物相的结构和超导物性却知之甚少.本文采用低温共沉积和低温退火的方法,在Si(111)-(7×7)衬底生长的Bi(111)超薄薄膜上制备了铅铋合金薄膜,利用扫描隧道显微术对其结构和电子学性质进行表征.通过结构表征,确定了薄膜中存在相分离,同时存在具有三次对称性的纯Bi(111)相和合金相Pb_(1–x)Bi_x,可归属于部分铋取代的Pb(111)结构.通过电子学性质测量,进一步证实了Bi(111)相中特征的电子学结构及合金相中的超导行为.变温实验表明,合金相Pb_(1–x)Bi_x的超导转变温度是7.77 K,属于强耦合超导体.测量了由Bi(111)-Pb_(1–x)Bi_x组成的正常金属-超导体异质结和超导体-正常金属-超导体异质结中的邻近效应,指出了超导穿透深度可能受界面接触面积的影响.考虑到铋可能具有的拓扑属性, Bi(111)-Pb_(1–x)Bi_x面内异质结界面结构可进一步用于研究其新奇物理效应.     

YBa_2Cu_3O_7外延薄膜可重复的电子隧道谱

我们用YBa_2Cu_3O_7(YBCO)外延薄膜和蒸发的 Pb 膜制备了隧道结.这些隧道结具有很好的和可重复的特性.在高于块状 YBCO_t 临界温度以上,结的电导 G_n(V,T)与电压 V 和温度 T 有关.在150K,电导曲线可用下列公式来拟合:G_n(V,T)=G_n(0,T)+(V/10mv)^(1.65).低于90K 时,可以看到与 YBCO 的高 T_c 超导电性相伴随的结构;低于 Pb 的 T_c 时,还可以看到 Pb 的能隙以及声子所感应的结构.这些结构在所有的隧道结上是重复的,并且在40多天的时间内可重复测量许多次.由漏电电流很小(小于1%)以及 G(O,T)曲线在90K 处斜率突然变化,我们确信这些结构是 YBCO 的本征性质.我们估计出 YBCO 的能隙参数△=19meV,由此得出2△/kT_c=5.0在1.2K;零偏压电导 G(0,1.2K)是有限值,近于40%G(100mV,1.2K).这说明,在 YBCO 的超导态,Fermi 能级处是有状态的.     

多铁异质结构中逆磁电耦合效应的研究进展

电场调控磁性能够有效降低功耗,在未来低功耗多功能器件等方面具有巨大的潜在应用前景.铁磁/铁电多铁异质结构是实现电场调控磁性的有效途径,其中室温、磁电耦合效应大的应变媒介磁电耦合是最为活跃的研究领域之一.本文简要介绍在以Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))_(0.7)Ti_(0.3)O_3为铁电材料的多铁异质结构中通过应变媒介磁电耦合效应对磁性、磁化翻转及磁性隧道结调控的研究进展.首先讨论了多铁异质结构中电场对磁性的调控;之后介绍了电场调控磁化翻转的研究进展及理论上实现的途径;然后简述了电场对磁性隧道结调控的相关结果;最后在此基础上,对多铁异质结构中电场调控磁性及磁性器件进行了总结和展望.     

PbBi3低温合金薄膜的制备和超导性质

铋(Bi)和铅(Pb)都是重元素,有很强的自旋-轨道耦合作用,由于原子半径接近,可形成丰富的原子取代合金结构.尽管对高温合金相有了较深入的研究,但对其低温物相的结构和超导物性的认识还很不全面.本文采用低温共沉积和低温退火的方法,在Si(111)-(7×7)衬底上制备了一种基于Bi(110)单晶结构中部分Bi原子被Pb取代的铅铋合金低温相超薄膜新结构,利用扫描隧道显微术(STM)对其结构和电子学性质进行了表征.通过结构表征,确定了合金薄膜表面呈现2^1/2×2^1/2R45°重构的PbBi₃合金相,其母体Bi(110)结构中25%的Bi原子被Pb取代了.通过STM谱学测量,发现合金相PbBi₃为超导相.变温实验表明, PbBi₃相的超导转变温度为6.13 K.在外加垂直磁场下出现的磁通涡旋结构表明PbBi₃薄膜是第Ⅱ类超导体,估算出上临界磁场的下限为0.92 T.测量了由Bi(110)-PbBi₃组成的共面型和台阶型正常金属-超导体异质结中...     

一个简单的隧道电子谱仪及超导隧道特性曲线上声子感应结构的观察

我们采用国产元件及仪器,装备了一台简单的隧道电子谱仪。利用它及Al-I-Pb隧道结测量出Pb的能隙△(1.7K)=(1.35±0.05)meV,在dV/dl及d~2V/dl~2曲线上观察到Pb的声子感应结构。由此定出Pb的横声子峰的能量为(4.15±0.30)meV,纵声子峰的能量为(8.05±0.20)meV.     

MgO单晶势垒磁性隧道结的第一性原理计算和实验研究

在MgO单晶势垒磁性隧道结中发现的室温高隧穿磁电阻现象,是近些年自旋电子学以及磁性隧道结磁电阻材料研究中的又一重大突破。本文主要评述和介绍2001年以来MgO单晶势垒磁性隧道结第一性原理计算和实验上的重要进展,以及介绍利用Layer-KKR第一性原理计算方法研究的Fe(001)/MgO/Fe、Fe(001)/FeO/MgO/Fe、Fe(001)/Mg/MgO/Fe、Fe(001)/Co/MgO/Co/Fe和Fe(001)/MgO/Fe/MgO/Fe等基于单晶MgO(001)单势垒及双势垒磁性隧道结材料的电子结构和自旋相关输运性质研究的最新进展。这些第一性原理定量计算的结果,不仅从物理上增强了对MgO单晶势垒磁性隧道结的电子结构和自旋相关输运特性的了解,而且对于研究新型室温磁电阻隧道结材料及其在自旋电子学器件中的广泛应用,具有一定的参考价值。     

MgO衬底NbN/AlN/NbN多层膜的制备

本文主要讨论磁控溅射设备制备的NbN/AlN/NbN三层结构的技术工艺,为制备All-NbN的 NbN/AlN/NbN SIS 隧道结作准备.我们在室温下利用直流磁控溅射工艺制备了单晶NbN薄膜,并对其超导电性做了初步的研究;又利用射频磁控溅射工艺制备了取向较好的AlN薄膜.我们利用磁控溅射方法制作NbN/AlN/NbN多层薄膜,然后对制备SIS隧道结进行了一些探索.     

基于赫斯勒合金Co_2MnSi电极的磁性隧道结呈现巨磁阻效应（英文）

本文基于电子密度泛函理论计算和非平衡态格林函数技术研究了具有三明治结构的磁性隧道结构(非极化SrTiO_3薄层被夹在两个赫斯勒合金Co_2 MnSi电极之间)的自旋极化输运特性.理论计算结果清楚地表明磁平行组态的磁性隧道结呈现出几乎完美的自旋过滤效应.磁反平行组态的隧穿系数比磁平行组态的隧穿系数小几个数量级,导致体系的磁阻比高达10~6.电子结构计算分析表明该磁性隧道结的巨磁阻效应源自赫斯勒合金Co_2MnSi电极内在的半金属性、以及阻挡层和电极之间界面处过渡金属原子3d电子的显著自旋极化.     

超导Josephson隧道结的制备工艺及性能改善

超导Josephson隧道结是实现超导量子比特的基本元件.本文介绍了一种利用电子束曝光技术和电子束斜蒸发技术相结合的方法来制备铝超导Josephson隧道结.这种方法工艺简单,通过一次光刻就可完成;而且可以通过调节下层光刻胶厚度、斜蒸发角度、悬空桥区宽度等参数可以有效地控制隧道结的面积大小;此外,本方法通过采用不对称电极结构有效地改善了隧道结的漏电流特性,满足了制备超导量子比特的要求.     

双势垒磁性隧道结的磁电阻效应及其在自旋晶体管中的应用

利用磁控溅射方法沉积双势垒磁性隧道结多层膜, 其中Al-O势垒层由等离子体氧化1 nm厚的 金属铝膜方式制备，然后采用深紫外光曝光和Ar离子刻蚀技术、微加工制备出长短轴分别为 6和3 μm大小的椭圆形双势垒磁性隧道结（DBMTJ），并在室温和低温下对其自旋电子输运 特性进行了研究. DBMTJ的隧穿磁电阻(TMR)比值在室温和42 K分别达到27％和423％， 结电阻分别为136 kΩ·μm²和175 kΩ·μm²，并在实验中观 察到平行状 态下存在低电阻态及共振隧穿效应，反平行态下呈现高电阻态以及TMR随外加偏压或直流电 流的增加而发生振荡现象. 由此，设计了一种基于这种双势垒磁性隧道结隧穿特性的自旋晶 体管. 关键词： 双势垒磁性隧道结 隧穿磁电阻 共振隧穿效应 自旋晶体管