[發(fā)明專利]一種磁控濺射在硅上制錳鐵薄膜的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310460062.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104513963A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫慧明電子科技有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/58;C23C14/16
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種在硅襯底上磁控濺射結(jié)合退火方法制備鐵磁性錳鐵薄膜的工藝，特別是指一種磁控濺射結(jié)合退火方法制備薄膜的方法。

背景技術(shù)

稀磁半導(dǎo)體(DMS)是指非磁性半導(dǎo)體中的部分原子被過(guò)渡金屬元素(TM)取代后形成的磁性半導(dǎo)體，因兼具有半導(dǎo)體和磁性的性質(zhì)，即在一種材料中同時(shí)應(yīng)用電子電荷和自旋兩種自由度，因而引起科研工作者的廣泛關(guān)注，目前尚處于研究階段。存在的問(wèn)題集中于稀磁半導(dǎo)體的磁性來(lái)源，倘若研究結(jié)果與人設(shè)想的相同，則必將給計(jì)算機(jī)領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)新的革命。

目前對(duì)稀磁半導(dǎo)體是否具有鐵磁性有了一定的共識(shí)，從載流子的角度把DMS分為三個(gè)區(qū)，載流子濃度較大在金屬區(qū)時(shí)具有室溫鐵磁性，且磁性與載流子濃度有關(guān)，屬于載流子誘導(dǎo)模型；載流子濃度較小屬于絕緣區(qū)時(shí)也具有室溫鐵磁性，磁性與氧空位濃度有關(guān)，符合束縛磁極化子(BMP)模型；載流子濃度處于中間區(qū)時(shí)則無(wú)磁性。

對(duì)于稀磁半導(dǎo)體材料需進(jìn)一步研究的課題有如：a)生長(zhǎng)更多種類的材料；b)提高材料的居里溫度；c)用稀磁半導(dǎo)體作為磁性金屬與半導(dǎo)體相連接的界面層，實(shí)現(xiàn)自旋極化的載流子往非磁性半導(dǎo)體中的注入，來(lái)研究非磁性半導(dǎo)體中載流子的自旋；d)把稀磁半導(dǎo)體與半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)組合起來(lái)，可出現(xiàn)新型器件；e)如何把其他磁性離子Fe、Co等引入GaAs中的問(wèn)題，尚需要進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種在硅襯底上磁控濺射制備鐵磁性錳鐵薄膜的方法，它是以硅為襯底，利用磁控濺射方法，采用錳靶和鐵靶共濺射制備非晶的錳鐵薄膜，然后在高溫下退火形成錳鐵晶態(tài)薄膜。其可制備硅基自旋電子材料及相關(guān)器件和電路。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，其特征在于包括以下過(guò)程：

1)以硅單晶為襯底材料；

2)采用磁控濺射方法，選擇錳靶和鐵靶兩個(gè)靶；

3)將硅單晶襯底送入磁控濺射儀制備室；

4)襯底為室溫或加溫，錳靶和鐵靶共濺射制備錳-鐵薄膜；

5)退火，在硅單晶襯底上形成錳鐵薄膜，該錳鐵薄膜表現(xiàn)室溫鐵磁特性。

其中磁控濺射儀的工作氣體采用氬氣。

其中所述的硅襯底溫度保持在20～400℃。

其中所選擇的退火是選擇在真空退火或者保護(hù)氣體氣氛退火，退火溫度范圍為500℃～900℃；保護(hù)氣體為氮?dú)夂蜌鍤狻?/p>

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的對(duì)象是一種在硅襯底上磁控濺射制備鐵磁性錳鐵薄膜的方法。是一種很有前途的稀磁半導(dǎo)體材料。現(xiàn)在一般是采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的分子束外延或者其它真空蒸發(fā)的方式制備錳鐵薄膜，而本發(fā)明采用磁控濺射方式，利用錳和鐵兩個(gè)靶，在硅襯底上共濺射制備了非晶錳鐵薄膜，然后再經(jīng)過(guò)退火的方式形成晶化的錳鐵薄膜，薄膜在室溫下表現(xiàn)出了鐵磁特性。通過(guò)控制濺射功率、工作氣壓和靶距等參數(shù)可以獲得不同錳含量X的錳鐵薄膜。

本發(fā)明提供一種在硅襯底上磁控濺射制備鐵磁性錳硅薄膜的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)以硅單晶為襯底材料；

2)采用磁控濺射方法，選擇錳靶和鐵靶兩個(gè)靶；

3)將硅單晶襯底送入磁控濺射儀制備室；

4)襯底為室溫或加溫，錳靶和鐵靶共濺射制備錳-鐵薄膜；

5)退火，在硅單晶襯底上形成錳鐵薄膜，該錳鐵薄膜表現(xiàn)室溫鐵磁特性。

實(shí)施例

采用射頻電源的磁控濺射儀，利用錳靶和鐵靶兩個(gè)靶，濺射氣氛為氬氣。加溫襯底，襯底溫度保持在400℃，工作氣壓為15Pa，錳靶和鐵靶共濺射獲得錳鐵薄膜，400℃襯底溫度下獲得的錳鐵薄膜是非晶態(tài)的。然后對(duì)該薄膜進(jìn)行退火處理，退火溫度為800℃，退火過(guò)程中通以流動(dòng)的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，退火時(shí)間為2小時(shí)，獲得了晶化的薄膜。