[發明專利]一種Mn摻雜AlN稀磁半導體納米棒陣列的制備方法

無效

• 申請號: 201110297036.7
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102304699A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 吳榮;婁陽;姜楠楠;任銀拴;簡基康;李強;李錦;孫言飛
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于新型半導體自旋電子器件材料制備領域，涉及過渡金屬離子摻雜AlN基稀磁半導體納米棒陣列及制備方法，特別涉及是一種Mn摻雜AlN稀磁半導體納米棒陣列的制備方法。

背景技術

作為極具吸引力的新型自旋電子學材料，稀磁半導體(DMSs)具有半導體和磁性材料的雙重性質；在半導體中通過引入合適的過渡金屬或稀土摻雜物誘導自旋極化電子是制備DMSs最直接的方法；AlN作為Ⅲ族氮化物材料中帶隙最寬的半導體，由于其自身的高熱導率、高硬度、與硅相近的熱膨脹率、無毒性和化學穩定性等特點，在機械、微電子、光學以及電子元器件等領域有著廣闊的應用前景，因而基于AlN的稀磁半導體具有相當重要的研究價值。

盡管對AlN基稀磁半導體材料的研究才剛剛起步，其制備方法已有很多，如分子束外延法(MBE)、金屬有機氣相沉積法(MOCVD)、電弧放電法(Arc?Discharge)、激光脈沖沉積法(PLD)、固態反應法(SSRS)?、磁控濺射法(Magnetron?sputtering)和化學氣相沉積法(CVD)等；

分子束外延法：如2003年Frazier等制備出Mn摻雜AlN薄膜，參閱Appl.?Phys.?Lett.第83卷1758-1760頁；

金屬有機氣相沉積法：如2007年A.?Sato等制備出Mn摻雜AlN薄膜，參閱J.?Cryst.?Growth.第298卷379-382頁；

電弧放電法：如2008年L.?Shen等制備出AlN納米線，參閱?Journal?of?Alloys?and?Compounds?第465卷562-566頁；

激光脈沖沉積法：如2009年A.?Szekeres等制備出Cr摻雜AlN薄膜，參閱Applied?Surface?Science第255卷5271-5274頁；

固態反應法：如2008年H.?Li等制備出Mn摻雜AlN多晶粉末，參閱Physica?B第403卷4096-4099頁；

磁控濺射法：如2005年Y.-Y.?Song等制備出Mn摻雜AlN薄膜，參閱J.??Magn.?Magn.?Mater.第290-291卷1375-1378頁；

化學氣相沉積法：如2007年X.H.Ji等制備出Cu摻雜AlN納米棒，參閱Nanotechnology第18卷105601-4頁。

其中化學氣相沉積法(CVD)是將反應物由氣相輸運到襯底表面發生化學反應形成薄膜的工藝，能實現多片生長；如上所述，摻雜AlN納米結構的報道并不多見，特別是納米棒陣列的報道更少；Ji研究小組通過無催化劑的CVD法在Si襯底上合成了Fe摻雜的AlN納米棒陣列，參閱Appl.?Phys.?Lett.?第90卷193118-3頁，Yang等人通過直流電弧放電法在高溫下合成了Co摻雜AlN納米棒陣列，參閱Appl.?Phys.?A.?第96卷769-774頁；Jian研究小組采用CVD工藝，不使用任何催化劑，在柔性導電襯底石墨紙上成功制備了具有高度取向的AlN納米錐陣列，參閱Journal?of?Alloys?and?Compounds.?第503卷L34-L39頁；目前Mn摻雜AlN納米棒陣列還未見報道。

發明內容

本發明目的在于，提供一種無催化劑輔助下化學氣相沉積法制備Mn摻雜AlN稀磁半導體納米棒陣列的方法以解決現有技術制備工藝復雜、成本高等問題；提出采用無催化劑輔助化學氣相沉積法，無水AlCl₃、無水MnCl₂和NH₃氣分別作為Al源、Mn源和N源，在硅襯底上首次獲得摻雜Mn的AlN納米棒陣列；本方法不使用任何催化劑，制備工藝簡單，對設備的要求低，易于推廣。

實現本發明的制備方法如下：

采用無催化劑輔助化學氣相沉積法，無水AlCl₃、無水MnCl₂和NH₃氣分別作為Al源、Mn源和N源，以硅片和石墨紙作為收集產物的襯底，表面沒有催化劑；在硅襯底上得到Mn摻雜AlN稀磁半導體納米棒陣列。