[發明專利]金屬/Mn:TiO2/Nb:SrTiO3/金屬異質結的制備及電場調控磁性的方法

無效

• 申請號: 201410361219.4
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104167352A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 李新宇;肖劍榮;文劍鋒;王恒
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;C23C14/24;C23C14/34
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種金屬/?Mn:TiO₂/Nb:SrTiO₃/金屬異質結的制備及電場調控磁性的方法。?

背景技術

稀磁半導體是一種能同時利用電子的電荷和自旋屬性，并兼具鐵磁性能和半導體性能的自旋電子學材料，借助這種材料可以實現電子自旋的注入、控制和輸運，將自旋極化的電流注入半導體材料當中以實現信息的處理等功能,?特別是最近發現的具有室溫鐵磁性的寬禁帶稀磁性氧化物體系，這些氧化物材料可以實現室溫下的自旋過濾作用，將使自旋電子器件的實現實用化，成為自旋電子學領域的研究熱點。?

材料的結構與組分是其性能的決定因素，因此，研究稀磁半導體薄膜制備條件對其結構、組分影響一直是廣大研究者關注的課題。研究發現樣品的性質往往依賴于制備方法及生長工藝，各個樣品的磁性表現不相一致，對鐵磁性起源沒有統一的解釋等等。H.Chou在研究Co摻雜的ZnO?薄膜的磁性與電導關系時，認為束縛磁激子半徑與氧空位的濃度有關，隨著氧空位濃度的增大，束縛磁激子半徑越大，表現為鐵磁性，相反，就沒有磁性，他們認為稀磁半導體的磁性與氧空位有很大的關系。對薄膜樣品進行高溫退火處理,都可以改變材料的結構相變.?J.P.?Xu等人用溶膠凝膠法制備Mn:TiO₂多晶薄膜樣品，銳鈦礦相和銳鈦礦、金紅石混合相的樣品在室溫下均表現為鐵磁性，并發現當樣品的晶體結構從銳鈦礦相向金紅石相轉變時，單位Mn離子磁矩增加。Kaser等人在Cr:TiO₂薄膜和Co:TiO₂薄膜中，也證明了結晶質量完美的薄膜沒有出現鐵磁性，而結晶質量較差，缺陷（氧空位）密度大的樣品具有鐵磁性，其居里溫度達到400-700℃，但是在其導帶中沒有發現自旋極化，也就表明結晶質量差的樣品不適合做自旋場效應管。從上面的敘述看，樣品的結晶質量與制備工藝有關。而且，磁性半導體研究目前還有很多問題沒有解決，因此，研究氧化物磁性半導體中成分、結構、氧分壓等因素對磁性、輸運以及磁光等物理性質的影響以及如何實現對薄膜的組分、結構及氧空位的有效調控，從而獲得所需性能的薄膜，仍然是研究者關注的焦點。基于過渡金屬摻雜的稀磁半導體器件在許多問題上還沒有統一的認識，同時實際應用中發現不同的制備方法得到的自旋電子器件其居里溫度相差很大，且不能行之有效地控制磁性的大小。稀磁半導體中本征鐵磁性的來源是什么？是直接耦合還是間接耦合,是通過空位還是以載流子為媒介？這同樣也是所有這類基礎研究需要回答的最根本的問題。以及如何在半導體中實現自旋極化載流子的注入、輸運、操控和檢測等是半導體自旋電子技術投入應用前所必須解決的關鍵問題。?

發明內容

本發明目的在于提供一種Mn:TiO₂稀磁半導體薄膜的制備及電場調控薄膜鐵磁性的方法。?

本發明獲國家自然科學基金青年基金項目(NO:11304051)、中國博士后基金(NO:2014M551545)和廣西自然科學基金(2014GXNSFBA118021)，選取Mn:TiO₂稀磁半導體薄膜作為研究對象，薄膜樣品的制備是在我們實驗室的超高真空分子束外延設備上（德國omicron公司制造）完成的。我們采用了以離子化N_2?和O₂作為氣源，以固態Ti和Mn作為金屬源。?

具體步驟為：?

??（1）Nb:SrTiO₃襯底先用無水丙酮去油，把Nb:SrTiO₃襯底放入無水丙酮中用超聲波清洗器清洗10-15分鐘，接著先后用無水乙醇和去離子水清洗Nb:SrTiO₃襯底，去除Nb:SrTiO₃襯底表面吸附的灰塵和碳粉顆粒，使Nb:SrTiO₃襯底表面平整而光滑，為薄膜的生長提供最佳的條件。