CN1421878A - 组份渐变铁磁性半导体制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种组份渐变铁磁性半导体制备方法，其特征在于，其步骤包括：步骤1：选择半导体单晶片，该半导体单晶片作为基底材料；步骤2：将所述的基底材料加热，为下一步工艺作好准备；步骤3：在基底上生长组份渐变的磁性半导体材料；步骤4：对上述磁性半导体材料进行热处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备铁磁性半导体薄膜材料的方法，特别是指一种组份渐变铁磁性半导体制备方法。
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重要的材料，而且半导体物理学和磁性物理学是凝聚态物理领域的两大分支。使磁特性和半导体特性相结合，制造新型功能器件是磁电子学发展的一个非常重要的分支领域。因此，将现有半导体材料磁性化，无论从材料实用上还是从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/半导体异质结构以及磁体/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。但由于磁体/半导体间晶格失配的影响，异质结构的应变较大、稳定性不好。组份渐变铁磁性半导体材料很好地解决了晶格失配的问题，在分立器件和集成电路中必将得到广泛应用，因此对其制备和研究具有重要意义。
离子束外延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组份渐变铁磁性半导体制备方法，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，因此制备兼具两种材料特性的新型材料，进而制造新型功能器件是磁电子学发展的一个非常重要的分支领域。
本发明一种组份渐变铁磁性半导体制备方法，其特征在于，其步骤包括：
步骤1：选择半导体单晶片，该半导体单晶片作为基底材料；
步骤2：将所述的基底材料加热，为下一步工艺作好准备；
步骤3：在基底上生长组份渐变的磁性半导体材料；
步骤4：对上述磁性半导体材料进行热处理。
其中步骤1中的基底材料为半导体单晶片，如：砷化镓、锑化镓、硅、磷化铟、锗、磷化镓。
其中步骤2所述的加热的温度范围是0-800度。
其中步骤3所述的组份渐变的磁性半导体材料为掺入过渡族金属或土族金属的半导体材料，如镓锰砷、镓锰锑、锰硅。
其中步骤4所述的热处理温度范围在100-800度。
附图说明
图1是镓锰锑样品的ω-2θ衍射曲线图；
图2是镓锰锑样品的磁滞回线图。
具体实施方式
本发明的组份渐变铁磁性半导体制备方法，其步骤包括：
步骤1：选择半导体单晶片，该半导体单晶片作为基底材料，该基底材料为：砷化镓、锑化镓、硅、磷化铟、锗、磷化镓；
步骤2：将所述的基底材料加热，为下一步工艺作好准备，其加热的温度范围是0-800度；
步骤3：在基底上生长组份渐变的磁性半导体材料，该材料是掺入过渡族金属或土族金属的半导体材料，如镓锰砷、镓锰锑、锰硅；
步骤4：对上述磁性半导体材料进行热处理，热处理温度范围在100-800度。
其中步骤1也可根据需要在衬底上先外延一层或多层缓冲层后再生长组份渐变的磁性半导体材料。
其中步骤3的磁性半导体可以是单晶形式也可以是多晶形式。
组份渐变磁性半导体材料制备方法：
一、以GaSb(锑化镓)、GaAs(砷化镓)、Si(硅)等单晶片为衬底；
二、根据需要可以在GaSb、GaAs、Si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，然后再生长磁性半导体外延层；
三、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半导体材料(如GaMnSb(镓锰锑)、GaMnAs(镓锰砷)等)；
四、根据需要，生长磁性半导体层和缓冲层既可采取相同的制备方式，也可采取不同的制备方式。
实施例
(1)以GaSb单晶为衬底；
(2)利用离子束外延系统在GaSb衬底上外延生长组份渐变的Ga1-xMnxSb材料；
(3)用X衍射仪的ω-2θ和小角衍射模式对样品进行测试，在测试结果中没有发现新的衍射峰。Ga1-xMnxSb样品沿(002)方向的ω-2θ衍射曲线(实线)如图1所示。由图可算出Mn含量x从表面到晶体内部逐渐由0.09减少到0，对应的晶格失配Δa/a0逐渐由0.005减少到0。可见，Ga1-xMnxSb样品是组份渐变的闪锌矿结构的半导体；
(4)在室温下用振动样品磁强计(VSM)LDJ9600测得上述样品的磁滞回线如图2所示。其中饱和磁化强度和剩余磁化强度分别为9.331×10-4和3.035×10-4e.m.u.，矫顽力为170.982Oe。这些结果说明MnxGa1-xSb在室温下呈铁磁性。
本发明与现有技术相比所具有的意义和效果：
与其它磁性半导体材料相比，组份渐变磁性半导体材料中磁性元素的组份由零逐渐增大。因此，这种组份渐变磁性半导体材料与衬底材料之间实现了晶格无应变过渡。这种组份渐变磁性半导体材料具有居里温度高，热稳定性好的优点。实现发明的最好方式：
1、实现发明的主要设备：
半导体薄膜制备设备(如离子束系统、分子束外延系统和激光淀积系统等)；
机械真空泵+扩散真空泵(或其它真空设备)；
温度控制系统；
半导体热处理设备。
2、根据生长设备的具体情况，对生长技术路线进行适当调整；
3、对于离子束外延系统，靶室静态真空度优于5×10-8Pa，动态真空度优于2×10-5Pa；离子能量10～1500eV(连续可调)；可分选原子量为1～207(H-Pb)；衬底温度RT(室温)～500℃连续可调；
4、对于其它半导体薄膜系统的设备参数，视具体情况而定。
Claims (5)
1、一种组份渐变铁磁性半导体制备方法，其特征在于，其步骤包括：
步骤1：选择半导体单晶片，该半导体单晶片作为基底材料；
步骤2：将所述的基底材料加热，为下一步工艺作好准备；
步骤3：在基底上生长组份渐变的磁性半导体材料；
步骤4：对上述磁性半导体材料进行热处理。
2、根据权利要求1所述的组份渐变铁磁性半导体制备方法，其特征在于，其中步骤1中的基底材料为半导体单晶片，如：砷化镓、锑化镓、硅、磷化铟、锗、磷化镓。
3、根据权利要求1所述的组份渐变铁磁性半导体制备方法，其特征在于，其中步骤2所述的加热的温度范围是0-800度。
4、根据权利要求1所述的组份渐变铁磁性半导体制备方法，其特征在于，其中步骤3所述的组份渐变的磁性半导体材料为掺入过渡族金属或土族金属的半导体材料，如镓锰砷、镓锰锑、锰硅。
5、根据权利要求1所述的组份渐变铁磁性半导体制备方法，其特征在于，其中步骤4所述的热处理温度范围在100-800度。
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| CN 01140093 CN1421878A (zh) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 组份渐变铁磁性半导体制备方法 |
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| CN 01140093 CN1421878A (zh) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 组份渐变铁磁性半导体制备方法 |
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| CN1421878A true CN1421878A (zh) | 2003-06-04 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100412536C (zh) * | 2005-02-04 | 2008-08-20 | 中国科学院半导体研究所 | 无磁场测量稀磁半导体镓锰砷铁磁转变温度的方法 |
| CN102568815A (zh) * | 2012-02-15 | 2012-07-11 | 中国科学院半导体研究所 | 具有超大垂直矫顽力铁磁单晶薄膜的制备方法 |
| CN108396285A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-08-14 | 京东方科技集团股份有限公司 | 掩模板、显示基板及其制作方法、显示装置 |
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2001
- 2001-11-26 CN CN 01140093 patent/CN1421878A/zh active Pending
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| CN102568815B (zh) * | 2012-02-15 | 2013-12-18 | 中国科学院半导体研究所 | 具有超大垂直矫顽力铁磁单晶薄膜的制备方法 |
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