分子自旋光伏器件及其制备方法与流程

本申请涉及半导体光电子，具体涉及一种分子自旋光伏器件及其制备方法。

背景技术：

1、自旋电子学是利用电子自旋来存储、传输和处理信息的前沿研究领域。在这一领域，分子半导体由于极弱的自旋散射在室温自旋应用中表现出独特的天赋而受到广泛关注。此外，分子半导体丰富的光电特性可以诱导自旋和电荷之间的相互作用，并因此产生新的自旋电子功能。在这一新兴领域，一个突出的代表是分子自旋光伏器件，其中自旋阀效应和光伏效应之间的相互作用(即自旋-光伏相互作用)可以创造性地纯化输出自旋信号，甚至使其完全自旋极化。然而，迄今为止单组份分子自旋光伏器件中自旋-光伏相互作用的驱动力较弱，上述调制自旋信号的能力被限制在极低的水平。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种分子自旋光伏器件及其制备方法，用以通过增强分子自旋光伏器件中自旋-光伏相互作用的驱动力，来提高自旋信号的调制能力。

2、第一方面，本申请实施例提供一种分子自旋光伏器件，包括依次设置的衬底、铁磁底电极、界面修饰层、中间层、铁磁顶电极；

3、其中，所述中间层包括分别由不同有机光伏材料组成的第一有机光伏材料层与第二有机光伏材料层；所述第一有机光伏材料层与所述第二有机光伏材料层堆叠形成不完整异质结构；所述不完整异质结构为第二有机光伏材料层不完全覆盖第一有机光伏材料层的异质结构。

4、在一个实施例中，组成所述第一有机光伏材料层的有机光伏材料为空穴传输型材料或电子传输型材料中的任一种；组成所述第二有机光伏材料层的有机光伏材料为空穴传输型材料或电子传输型材料中的任一种；组成所述第一有机光伏材料层的有机光伏材料的电荷传输性质，与组成所述第二有机光伏材料层的有机光伏材料的电荷传输性质不同。

5、在一个实施例中，组成所述第一有机光伏材料层的有机光伏材料为p3ht；组成所述第二有机光伏材料层的有机光伏材料为ptcdi-c13。

6、在一个实施例中，所述第一有机光伏材料层的厚度为30纳米至100纳米之间；所述第二有机光伏材料层的厚度为1纳米至3纳米之间。

7、在一个实施例中，所述第一有机光伏材料层的厚度为60纳米；所述第二有机光伏材料层的厚度为1.5纳米。

8、在一个实施例中，所述铁磁底电极为钴和镍铁合金中的任一种；所述铁磁顶电极为钴和镍铁合金中的任一种；所述铁磁底电极和所述铁磁顶电极具有不同的矫顽力。

9、第二方面，本申请实施例提供一种分子自旋光伏器件的制备方法，包括：

10、在衬底上沉积铁磁底电极；

11、在所述铁磁底电极上沉积界面修饰层；

12、在所述界面修饰层上沉积中间层；其中，所述中间层包括分别由不同有机光伏材料组成的第一有机光伏材料层与第二有机光伏材料层；所述第一有机光伏材料层与所述第二有机光伏材料层堆叠形成不完整异质结构；所述不完整异质结构为第二有机光伏材料层不完全覆盖第一有机光伏材料层的异质结构；

13、在所述中间层上沉积铁磁顶电极，得到分子自旋光伏器件。

14、在一个实施例中，所述在所述界面修饰层上沉积中间层，包括：

15、在所述界面修饰层上通过溶液旋涂法，以预设旋涂速率沉积第一有机光伏材料层；所述预设旋涂速率为1000转每分钟至3000转每分钟之间，所述第一有机光伏材料层的厚度为30纳米至100纳米之间；

16、在所述第一有机光伏材料层上通过真空热蒸镀法，以预设沉积速度沉积第二有机光伏材料层；所述预设沉积速度为0.1埃每秒至1埃每秒之间，所述第二有机光伏材料层的厚度为1纳米至3纳米之间。

17、在一个实施例中，所述在所述界面修饰层上沉积中间层，包括：

18、在所述界面修饰层上通过溶液旋涂法，以3000转每分钟的旋涂速率沉积厚度为60纳米的第一有机光伏材料层；

19、在所述第一有机光伏材料层上通过真空热蒸镀法，以0.3埃每秒的沉积速度，沉积厚度为1.5纳米的第二有机光伏材料层。

20、在一个实施例中，在沉积所述铁磁底电极、所述界面修饰层、所述铁磁顶电极时，还包括：

21、通过液氮冷却所述衬底。

22、本申请实施例提供的分子自旋光伏器件及其制备方法，通过将两种不同的有机光伏材料层进行堆叠形成的不完整异质结构作为分子自旋光伏器件的中间层，显著增强分子自旋光伏器件中自旋-光伏相互作用的驱动力，提升室温下分子自旋光伏器件的自旋-光伏性能，进而可以提高自旋信号的调制能力。

技术特征：

1.一种分子自旋光伏器件，其特征在于，包括依次设置的衬底、铁磁底电极、界面修饰层、中间层、铁磁顶电极；

2.根据权利要求1所述的分子自旋光伏器件，其特征在于，组成所述第一有机光伏材料层的有机光伏材料为空穴传输型材料或电子传输型材料中的任一种；组成所述第二有机光伏材料层的有机光伏材料为空穴传输型材料或电子传输型材料中的任一种；组成所述第一有机光伏材料层的有机光伏材料的电荷传输性质，与组成所述第二有机光伏材料层的有机光伏材料的电荷传输性质不同。

3.根据权利要求2所述的分子自旋光伏器件，其特征在于，组成所述第一有机光伏材料层的有机光伏材料为p3ht；组成所述第二有机光伏材料层的有机光伏材料为ptcdi-c13。

4.根据权利要求3所述的分子自旋光伏器件，其特征在于，所述第一有机光伏材料层的厚度为30纳米至100纳米之间；所述第二有机光伏材料层的厚度为1纳米至3纳米之间。

5.根据权利要求4所述的分子自旋光伏器件，其特征在于，所述第一有机光伏材料层的厚度为60纳米；所述第二有机光伏材料层的厚度为1.5纳米。

6.根据权利要求1所述的分子自旋光伏器件，其特征在于，所述铁磁底电极为钴和镍铁合金中的任一种；所述铁磁顶电极为钴和镍铁合金中的任一种；所述铁磁底电极和所述铁磁顶电极具有不同的矫顽力。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的分子自旋光伏器件的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的分子自旋光伏器件的制备方法，其特征在于，所述在所述界面修饰层上沉积中间层，包括：

9.根据权利要求8所述的分子自旋光伏器件的制备方法，其特征在于，所述在所述界面修饰层上沉积中间层，包括：

10.根据权利要求7所述的分子自旋光伏器件的制备方法，其特征在于，在沉积所述铁磁底电极、所述界面修饰层、所述铁磁顶电极时，还包括：

技术总结
本申请涉及半导体光电子技术领域，提供一种分子自旋光伏器件及其制备方法，所述分子自旋光伏器件包括依次设置的衬底、铁磁底电极、界面修饰层、中间层、铁磁顶电极；其中，中间层包括分别由不同有机光伏材料组成的第一有机光伏材料层与第二有机光伏材料层；第一有机光伏材料层与第二有机光伏材料层堆叠形成不完整异质结构；不完整异质结构为第二有机光伏材料层不完全覆盖第一有机光伏材料层的异质结构。本申请通过将两种不同的有机光伏材料层进行堆叠形成的不完整异质结构作为分子自旋光伏器件的中间层，显著增强分子自旋光伏器件中自旋‑光伏相互作用的驱动力，提升室温下分子自旋光伏器件的自旋‑光伏性能，进而可以提高自旋信号的调制能力。

技术研发人员：孙向南,秦阳,谷现荣,郭立丹
受保护的技术使用者：国家纳米科学中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13