[發明專利]一種室溫鐵磁半導體材料MnSiP2及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610590747.6
• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN106252017B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 王善朋;陶緒堂;張翔;于童童
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01F1/40
• 分類號: H01F1/40;H01F41/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明涉及一種室溫鐵磁半導體材料MnSiP₂及其制備方法和應用，屬于磁性半導體材料技術領域

背景技術

磁性半導體材料具有磁性和半導體性質，可以通過操作半導體中的電子電荷和電子自旋兩個自由度進行信息的加工處理與存儲，實現電子學、光子學和磁學的有機融合，可用于開發新一代的電子器件，如自旋場效應管和自旋發光二極管等，在光電子領域具有非常廣泛的應用前景，從而滿足信息技術的超高速、超帶寬和超大容量的發展趨勢。目前通過磁性元素摻雜或離子注入等手段可以獲得磁性半導體材料，但是絕大多數磁性材料的居里溫度(TC)遠低于室溫，如GaMnAs和ZnMnSe磁性材料的居里溫度分別為～110和50K，無法滿足實際應用的要求。因此，探索具有更高居里溫度的新型磁性半導體材料具有非常重要的意義。

A^IIB^IVC₂^V型黃銅礦結構半導體化合物，如ZnGeP₂、CdSiP₂等，是優秀的紅外非線性光晶體材料，具有非常重要的應用價值。理論研究表明基于寬禁帶的半磁半導體，可能具有高于室溫的居里溫度，根據A^IIB^IVC₂^V型化合物性質的一般規律，含Si,P的化合物要比含Ge,Sn,As 的同構物有更大的帶隙。但是，目前尚未出現黃銅礦結構的鐵磁半導體材料。

發明內容

本發明針對現有磁性半導體材料存在的居里溫度較低、限制室溫環境實際應用的問題，提供一種新型的黃銅礦結構的室溫鐵磁半導體材料MnSiP₂，以及該材料制備方法和應用。

本發明的室溫鐵磁半導體材料MnSiP₂，屬于四方晶系，I-42d空間群，晶胞參數為：a＝ 5.5823(3),Z＝4。

上述室溫鐵磁半導體材料MnSiP₂的制備方法，包括以下步驟：

(1)按摩爾比Mn:Si:P＝1:1:2.0-2.5的比例分別稱取Mn、Si和P三種單質原料，將原料一起研磨均勻，裝入石英管內，抽真空3X10^-4Pa-5X10^-4Pa后，封燒石英管。

(2)將石英管采用階段性升溫，先以30℃/小時-50℃/小時的升溫速率升至450℃ -500℃，恒溫15小時-20小時，繼續升溫至反應溫度950-1100℃，恒溫反應20小時-30小時，最后以50小時-100小時緩慢降溫至室溫。

(3)打開石英管，取出結晶較好的料塊，用去離子水清洗干凈，放置于烘箱中干燥處理，得到室溫鐵磁半導體材料MnSiP₂。

上述室溫鐵磁半導體材料MnSiP₂應用于制作自旋場效應晶體管、自旋發光二極管、自旋共振磁隧道結、光隔離器、磁傳感器或非揮發存儲器。

本發明在Mn-Si-P體系中探索合成了新型黃銅礦化合物MnSiP₂，存在鐵磁-順磁相變，低溫時其為鐵磁相，高溫時為順磁相，其居里溫度高達290K，是一種近室溫磁性半導體材料，可以應用于制作自旋場效應晶體管、自旋發光二極管、自旋共振磁隧道結、光隔離器、磁傳感器和非揮發存儲器等，在通信、信息存儲等領域具有重要的應用價值，在光電子學和磁學領域具有潛在的應用價值。

附圖說明

圖1是本發明制備的MnSiP₂粉末的X射線衍射圖譜。

圖2是MnSiP₂變溫磁化率曲線圖。

具體實施方式

實施例1

按摩爾比Mn:Si:P＝1:1:2.0分別稱取Mn、Si和P三種單質原料，原料在瑪瑙研缽內研磨均勻，裝入石英管內，抽真空3×10^-4Pa后，封燒石英管。將石英管放入高溫管式爐中，采用階段性升溫，先以30℃/小時的升溫速率升至450℃，恒溫15小時，繼續升溫至反應溫度950℃，恒溫反應20小時，然后經過50小時緩慢降溫至室溫。打開石英管，取出結晶較好的料塊，用去離子水清洗干凈，放置于烘箱中干燥處理，得到純相MnSiP₂磁性半導體材料。

本實施例中經過高溫合成得到的MnSiP₂的粉末X射線衍射圖譜和變溫磁化率曲線分別如圖1和圖2所示。

實施例2