[發(fā)明專利]一種Fe摻雜ZnO室溫稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810046782.7
• 申請日: 2008-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN101224904A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁松柳;王永強(qiáng);田召明;何驚華
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G9/02
• 分類號(hào): C01G9/02
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所
• 代理人: 張偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型半導(dǎo)體自旋電子學(xué)材料領(lǐng)域，具體涉及一種過渡金屬摻雜氧化鋅室溫稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法。

技術(shù)背景

上個(gè)世紀(jì)，以電子電荷的運(yùn)用為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體工業(yè)在人類歷史上掀起了第三次技術(shù)革命，極大地推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步。電子的另外一個(gè)自由度，即自旋，在過去完全被忽略了。如今，傳統(tǒng)器件的運(yùn)行速度和存儲(chǔ)密度已經(jīng)越來越接近其理論極限，人們正致力于探索新的信息處理機(jī)制。開發(fā)同時(shí)利用電子的電荷和自旋屬性的自旋電子器件已開始成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。稀磁半導(dǎo)體作為一種新型半導(dǎo)體材料，它將自旋和電荷兩個(gè)自由度集于同一基體，同時(shí)具備優(yōu)異的磁、磁光和磁電性能，可用于研制新一代的自旋電子和納米電子器件，拓展微電子領(lǐng)域的發(fā)展空間，為微電子器件的微型化和多功能化提供了解決方案，在自旋電子學(xué)以及光電子領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)出非常廣闊的應(yīng)用前景，比如自旋閥、自旋二極管、穩(wěn)定的存儲(chǔ)器、邏輯器件和高速的光開關(guān)等等。

從應(yīng)用的角度看，制備居里溫度高于室溫的稀磁半導(dǎo)體材料是非常必要的?；贗I-VI族以及III-V族化合物半導(dǎo)體的稀磁半導(dǎo)體研究比較廣泛，如(Zn，Mn)Se和(Ga，Mn)As等，但是這些材料的居里溫度多低于120K，限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。自Ueda等首次在《Applied?Physics?Letters》(2001年第79卷，P988-990)報(bào)道Co摻雜ZnO薄膜的室溫鐵磁性以來，陸續(xù)在過渡金屬摻雜的氧化物半導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)了高于室溫的鐵磁性半導(dǎo)體，從而引起了人們對氧化物稀磁半導(dǎo)體廣泛的研究興趣。其中，對Fe摻雜ZnO的稀磁半導(dǎo)體材料在國際上卻鮮有報(bào)道，且已有的報(bào)道結(jié)果也不盡相同，其中僅有Potzger等人在Fe摻雜ZnO的單晶樣品中觀察到室溫鐵磁性[《AppliedPhysics?Letters》(2006年第88卷，P052508)]，而其它報(bào)道均未能在此材料中獲得室溫鐵磁性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中沒有制備Fe摻雜ZnO室溫稀磁半導(dǎo)體材料的方法，提供了一種Fe摻雜ZnO室溫稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，該方法可以制備出具備室溫鐵磁性的Fe摻雜ZnO半導(dǎo)體材料。

一種Fe摻雜ZnO室溫稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，包括以下步驟：

A.將分析純的Zn(NO₃)₂·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O粉末充分混和后，加入去離子水使其完全溶解，形成Fe³⁺和Zn²⁺混和溶液，其中Fe與Zn摩爾比為0∶100～2∶98；將NO₃^-離子摩爾數(shù)與OH^-離子摩爾數(shù)為1∶1的分析純NaOH粉末，加入到去離子水，配制成NaOH溶液；

B.將配制好的NaOH溶液倒入Fe³⁺和Zn²⁺的混和溶液中，不斷攪拌，同時(shí)滴加氨水，控制溶液的PH值為8≤PH值≤9，使Fe³⁺和Zn²⁺完全沉淀，形成Fe(OH)₃和Zn(OH)₂混合沉淀；將沉淀物過濾，分離，并用去離子水反復(fù)洗滌，去掉沉淀物表面可能的殘留離子；

C.將洗滌后的沉淀物置于100℃-150℃烘箱中烘干，并將其研磨；接著在惰性氣氛中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒溫度為300℃-500℃，預(yù)燒結(jié)時(shí)間為6-10小時(shí)；將得到的粉末再經(jīng)過研磨，壓片，在惰性氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為500℃-700℃，燒結(jié)時(shí)間為12-24小時(shí)，即得到Fe摻雜ZnO室溫稀磁半導(dǎo)體材料。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：該方法工藝簡單，易于操作，重復(fù)性好，便于推廣，并可用于其他過渡金屬摻雜ZnO的稀磁半導(dǎo)體材料的制備；制備出的Fe摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體材料具有室溫鐵磁性。

附圖說明

圖1為樣品S1，S2，S3和純ZnO的XRD圖譜；

圖2為600℃氬氣氛下燒結(jié)的摻雜濃度x＝3％樣品的XRD圖譜；

圖3為600℃氬氣氣氛下燒結(jié)的Zn_1-xFe_xO(x＝0.5％，1％，2％)材料室溫下的(T＝300K)磁滯回線行為。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1