[發明專利]一種高飽和磁化強度的Si基稀磁半導體的制備方法無效

申請號：	201210106104.1	申請日：	2012-04-12
公開（公告）號：	CN102605432A	公開（公告）日：	2012-07-25
發明（設計）人：	郭立平;陳濟鴻;李鐵成;羅鳳鳳	申請（專利權）人：	武漢大學
主分類號：	C30B31/22	分類號：	C30B31/22;H01F1/40
代理公司：	武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222	代理人：	薛玲
地址：	430072 湖***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種飽和磁化強度 si 基稀磁半導體制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及稀磁半導體材料和離子注入技術領域，具體的說是一種高飽和磁化強度的Si基稀磁半導體的制備方法。

背景技術

將某些過渡金屬元素如Mn、Co等摻雜入半導體中形成的稀磁半導體是近年來在自旋電子學研究領域中受到廣泛關注的研究熱點。因其同時具有鐵磁性和半導體性質，同時利用了電子的電荷自由度和自旋自由度，是研制新型自旋電子器件，如自旋隧穿二極管，自旋發光二極管的關鍵材料。由于Si是現代工業的基礎材料，一旦Si基稀磁半導體制備和性能方面獲得突破，其應用前景不可估量。

目前制備Si基稀磁半導體材料的主要方法有外延法和單束離子注入法，其中主要采用Mn作為摻雜離子。但是由于過渡金屬Mn在Si中的溶解度極低，摻雜溶度高的時候容易形成第二相，導致Si的晶體質量下降，性能變差，而且過渡金屬元素其本身磁矩較小，所以給獲得高飽和磁化強度的Si基稀磁半導體帶來了難度。越來越多的實驗報道表明，Si基稀磁半導體的磁性與注入時引入的缺陷有很大關系，因此在引入缺陷的同時保證Si材料的整體晶體性質是現階段的一個技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種高飽和磁化強度的Si基稀磁半導體的制備方法，通過注入兩束不同的離子以獲得高飽和磁化強度的Si基稀磁半導體。

本發明一種高飽和磁化強度的Si基稀磁半導體的制備方法，其步驟如下：

⑴對Si單晶基體樣品進行過渡族金屬離子注入，注入劑量為1×10¹⁶～1×10¹⁷/cm²；

⑵在保護氣氛中將上述步驟⑴得到的樣品快速熱退火，退火溫度不低于500℃，退火時間不低于5分鐘；

⑶對上述步驟⑵得到的樣品進行零族離子注入。

所述步驟⑶注入的零族離子與步驟⑴注入的過渡族金屬離子的投影射程（Project?Range）一致。

所述過渡族金屬離子為Mn或Cr。

所述保護氣氛為N₂、Ar氣體氛圍。

所述零族離子為He離子。

所述步驟⑶中零族離子的注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁶/cm²。

本發明一種高飽和磁化強度的Si基稀磁半導體的制備方法的優點是：由于相同能量的零族離子比過渡族金屬離子的注入深度深，為保持零族離子與過渡族金屬離子的投影射程在同一位置，選擇能量時零族離子的能量遠小于過渡族金屬離子的能量。利用本發明可以獲得居里溫度（Tc）高于室溫的Si基稀磁半導體材料，且該Si基稀磁半導體材料的飽和磁化強度有大幅提升，其飽和磁化強度為單束注入法獲得的的Si基稀磁半導體的飽和磁化強度的2.5-6倍。

附圖說明

圖1為按照本發明提供的方法制備的Si基稀磁半導體注入不同劑量的He之后的掠入射X射線衍射（GIXRD）圖。

圖2為按照本發明提供的方法制備的Si基稀磁半導體在10K溫度下的磁滯回線圖。

圖3為按照本發明提供的方法制備的Si基稀磁半導體在300K溫度下的磁滯回線圖。

圖4為按照本發明提供的方法注入不同劑量的He獲得的Si基稀磁半導體在300K溫度下的磁滯回線圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明進行進一步說明：根據圖1-4所示，一種高飽和磁化強度的Si基稀磁半導體的制備方法，其步驟如下：

⑴對Si單晶基體樣品進行過渡族金屬離子注入；

⑵在保護氣氛中將上述步驟⑴得到的樣品快速熱退火，恢復離子注入造成的損傷，并激活使材料產生鐵磁性的注入離子；

⑶對上述步驟⑵得到的樣品進行零族離子注入，使先前注入的離子通過增強擴散在基體中重新分布，且引入新的缺陷，即在過渡離子層和襯底之間形成一個交界層，增強樣品磁性。

所述步驟⑶的零族離子與步驟⑴的過渡族金屬離子注入區間一致。

由于相同能量的零族離子比過渡族金屬離子的注入深度深，為保持注入的零族離子與注入的過渡族金屬離子的投影射程在同一位置，選擇能量時零族離子的能量遠小于過渡族金屬離子的能量。