CN1174467C - 半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法，包括两个半导体材料层和两个半导体材料层中夹的一薄的磁性材料层，其特征在于，选择半导体衬底，然后在衬底上直接生长磁性材料；或在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性材料层；最后在磁性材料层上外延半导体层。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法。
背景技术
半导体材料和磁性材料是现代信息技术中不可或缺的两类非常重要的材料，而且半导体物理和磁学是凝聚态物理领域的两大分支。将磁性和半导体性结合制造新型功能器件是磁电子学发展非常重要的一个分支领域。因此，将现有的磁性材料和半导体材料结合成异质结构或将现有的半导体材料磁性化，无论从材料实用和基础物理学上讲都是非常有意义的。
迄今为止，已有大量的磁体/半导体单异质结结构以及磁体/半导体/磁体三层结构制备成功，磁体/半导体超晶格的研制也取得了进展。但几乎未见有制备半导体/磁体/半导体这种三层结构的。很显然，磁体/半导体混合结构应用于现有高度集成的电路，其基本单元实际就是半导体/磁体/半导体，因此，构建研究这种结构非常重要。
制备磁体/半导体异质结构的方法主要有分子束外延(MBE)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)、蒸镀和溅射等。
离子束外延(IBE)技术的优点是利用其磁分析器的离子提纯分析功能，在超高真空条件下可制备其它工艺不易实现的、难提纯、难化合、易氧化的特殊材料。磁性元素如锰(Mn)通常是很易氧化、很难提纯的物质，用这种方法就可克服这种弱点，使离子达到同位素纯度。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法，其具有提纯、化合相对简单，且不易氧化的优点。
本发明一种半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法，包括两个半导体材料层和两个半导体材料层中夹的一薄的磁性材料层，其特征在于，
选择适当的半导体衬底，然后在衬底上直接生长磁性材料；或在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性材料层；最后在磁性材料层上外延半导体层；
其中所述的磁性材料层是常规的锰磁性材料或是镓锰砷稀磁半导体材料；该半导体材料层是硅、砷化镓、锑化镓。
其中所述的两个半导体层是同类半导体材料或是不同半导体材料。
其中磁性材料层是薄膜形式或是颗粒膜形式。
其中制备方法可采用离子束外延、液相外延、溅射、真空淀积或分子束外延等薄膜、材料制备方式；每层可采用相同的制备方式或不同的制备方式。
具体实施方式
为进一步说明本发明的内容以及所能达成的功效，以下结合实施例对本发明作一详细的描述：
半导体/磁体/半导体三层结构包括两个半导体材料层和一个磁性材料层，共三层，类似于三明治。由于它是磁性材料和半导体材料的混合结构，从而兼具磁性和半导体性，是实现信息处理和存储同时进行的功能器件的基本单元。半导体/磁体/半导体三层结构的每层可采取同样的制备方式，也可采取不同的制备方式。
其中的两半导体层既可以是同类半导体材料如：砷化镓/磁体/砷化镓(GaAs/magnet/GaAs)也可以是不同的半导体材料如：硅/磁体/砷化镓(Si/magnet/GaAs)；其中的磁体层既可以是常规的磁性材料如：铁锰(FeMn)也可以是新型的稀磁半导体材料如：镓锰砷(GaMnAs)；磁体既可以是薄膜形式也可以是颗粒膜形式。
材料结构制备方法
以GaAs、硅(Si)、锑化镓(GaSb)等单晶片为衬底；
用离子束外延、液相外延、溅射、真空淀积或分子束外延等方式生长磁性薄膜或磁性颗粒如：镓锰锑(GaMnSb)；
用离子束外延、液相外延、溅射、真空淀积或分子束外延等方式在磁性薄膜或磁性颗粒上生长半导体如：GaAs；
根据需要可以在GaAs、Si、GaSb等单晶片衬底上直接生长磁性外延层，也可以先在衬底上生长缓冲层，然后再生长磁性外延层；
根据需要生长磁性层和半导体层可以采用同样的制备方法也可以采用不同的制备方法。可以一次完成也可以分次完成；
可以在衬底上生长这种单一的结构，也可以根据需要生长多层结构。
具体实施例
实施例1
(1)以GaAs单晶为衬底；
(2)利用离子束外延的方式在GaAs上外延一薄层GaMnAs；
(3)利用离子束外延的方式在GaMnAs上外延GaAs作覆盖层；
(4)按照上述生长工艺，在砷化镓衬底上生长出GaMnAs薄膜，经俄歇谱分析，Mn组份为：0.8～7.4％。
实施例2
(1)以Si单晶为衬底；
(2)利用离子束外延的方式在Si上外延一薄层MnSi～1.73；
(3)利用离子束外延的方式在MnSi～1.73上外延GaAs作覆盖层；
发明与背景技术相比所具有的有意的效果：与其它制备磁性半导体材料的方法相比，离子束外延技术的突出优点是可以提纯离子到同位素纯度，从而在超高真空条件下可制备其它工艺不易实现的、难提纯、难化合、易氧化的特殊材料。
Claims (4)
1、一种半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法，包括两个半导体材料层和两个半导体材料层中夹的一薄的磁性材料层，其特征在于，
选择半导体衬底，然后在衬底上直接生长磁性材料；
或在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长磁性材料层；
最后在磁性材料层上外延半导体层；
其中所述的磁性材料层是常规的锰磁性材料或是镓锰砷稀磁半导体材料；该半导体材料层是硅、砷化镓、锑化镓。
2、根据权利要求1所述的半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法，其特征在于，其中所述的两个半导体层是同类半导体材料或是不同半导体材料。
3、根据权利要求1或2所述的半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法，其特征在于，其中磁性材料层是薄膜形式或是颗粒膜形式。
4、根据权利要求1所述的半导体/磁体/半导体三层结构的制备方法，其特征在于，其中制备方法可采用离子束外延、液相外延、溅射、真空淀积或分子束外延等薄膜、材料制备方式；每层可采用相同的制备方式或不同的制备方式。
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| CN1402305A CN1402305A (zh) | 2003-03-12 |
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| CN101383305B (zh) * | 2007-09-07 | 2011-08-10 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种利用稀磁半导体测量多量子阱耦合的方法 |
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