[發明專利]具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210185344.5
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102676994A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 熊澤;劉學超;卓世異;孔海寬;楊建華;施爾畏
• 申請（專利權）人: 上海硅酸鹽研究所中試基地;中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/34
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

1.一種具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜，其成份符合化學式Zn_1-x-yCr_xGa_yO，其中0?≤?x?≤?0.03，0?≤?y?≤?0.03。

2.根據權利要求1所述的具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜，其特征在于，0?≤x?≤?0.03。

3.根據權利要求2所述的具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜，其特征在于，0?≤y?≤?0.03。

4.根據權利要求3所述的具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜，其特征在于，x=0.03，y=0.03。

5.根據權利要求1～4中任一項所述的具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜，其特征在于，所述薄膜具有室溫鐵磁性，所述薄膜的電阻率在0.31?Ω×cm～2.31?×?10⁴?Ω×cm范圍內可調，電子濃度在6.95?×?10¹³～3.98?×?10¹⁹?cm^-3范圍內可調。

6.一種權利要求1～5中任一項所述的具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜的制備方法，所述制備方法是以過渡金屬離子Cr和/或Ga施主摻雜的方式，采用電感耦合等離子體增強物理氣相沉積技術，制得具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜的方法，包括：

步驟（1）采用固相反應合成工藝制備Zn_1-x-yCr_xGa_yO陶瓷靶材；

步驟（2）將清潔干燥的襯底放入電感耦合等離子體增強物理氣相沉積系統的反應室中，將電感耦合等離子體增強物理氣相沉積系統的本底抽真空至≤?5?×?10^-4?Pa，加熱襯底至300～500?℃，再將反應室真空抽至≤?5?×?10^-4?Pa；以及

步驟（3）以高純氬氣或氬氣和氧氣的混合氣體作為濺射氣體，以所述Zn_1-x-yCr_xGa_yO陶瓷靶作為濺射靶材，反應室壓強為1～5?Pa，射頻濺射功率為100～200?W，襯底和靶材之間加負偏壓300?V，進行薄膜沉積得到所述具有內稟鐵磁性的ZnO基稀磁半導體薄膜。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）包括：按照Zn_1-x-yCr_xGa_yO中Zn、Cr和Ga的化學計量比稱取ZnO、Cr₂O₃和Ga₂O₃原料，混合后先預壓成型，然后以固相反應法燒制得到所述Zn_1-x-yCr_xGa_yO陶瓷靶材。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述固相反應法的燒制溫度為1000～1200?℃，保溫時間至少24小時。

9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述ZnO、Cr₂O₃和Ga₂O₃原料均為高純原料，純度均≥?99.99%，所述濺射氣體的純度≥?99.999%。

10.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述襯底為Si、SiC、藍寶石或石英玻璃。