[發明專利]一種鐵磁半導體薄膜材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710082181.0
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106835047A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州思創源博電子科技有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C10M173/02;C10N40/22
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技術領域

本發明涉及半導體材料制造領域，具體涉及一種鐵磁半導體薄膜材料的制備方法。

背景技術

磁性半導體是指非磁性半導體中的部分陽離子被磁性過渡金屬元素或稀土金屬離子取代后形成的磁性半導體。磁性離子摻雜到半導體中形成磁性半導體后，載流子自旋和磁性離子自旋之間存在交換耦合作用，磁性離子自旋可以產生鐵磁性極化作用，將載流子俘獲在鐵磁自旋簇中，形成磁束縛態極子。隨著外加磁場的增加，內部的束縛態磁極化子越來越多的被破壞掉，使更多的載流子被釋放出來參與導電。因此磁性半導體在電學、磁學和光學等方面具有獨特的性質，例如反常霍爾效應、巨負磁阻效應、增強磁光效應等。

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。

現有的鐵磁半導體材料大多為薄膜，存在穩定性差、純度低、對制備工藝條件要求高等問題。

發明內容

本發明提供一種鐵磁半導體薄膜材料的制備方法，該制備方法采用CdSiP₂作為靶材，在經過特殊工藝處理過的絕緣基片上，采用離子濺射工藝沉積得到鐵磁半導體薄膜材料，得到的產品穩定性高，性能優良。

為了實現上述目的，本發明提供了一種鐵磁半導體薄膜材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）基片處理

將絕緣基片切削研磨后，將絕緣基片依次用洗潔精、去離子水超聲清洗10-15min，然后用質量百分數35％的濃氨水/質量百分數20％的雙氧水/去離子水的混合溶液65-75℃處理20-25min，所述濃氨水、雙氧水和去離子水的體積比為1:3:4，最后用去離子水超聲清洗150-200s，取出、用干燥氮氣吹干；

（2）制備CdSiP₂靶材

按摩爾比Cd:Si:P＝1:1:2的比例分別稱取Cd、Si和P三種單質原料，將原料一起研磨均勻，裝入石英管內，抽真空后，封燒石英管；

將石英管采用階段性升溫，先以40℃/h-50℃/h的升溫速率升至500℃-550℃，恒溫15-20h，繼續升溫至反應溫度950-1100℃，恒溫反應15-20h，最后自然降溫至室溫；

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CdSiP₂靶材；

（3）將上述干燥后的絕緣基片的溫度調至50-100℃，采用磁控濺射法，將所述鉻摻雜二氧化鈦靶材在所述絕緣基片上制成所述鐵磁半導體薄膜材料；

磁控濺射制成所述鐵磁半導體薄膜材料的具體條件為，濺射腔壓強1-5Pa，濺射腔氣氛為氬氣，濺射功率為12-15W/cm²，沉積速率為10-100nm/min，濺射時間為3-5h。

優選的，在所述步驟（1）中，所述切削需利用切削液進行，該切削液采用如下工藝制得：

向水中依次加入聚乙二醇、羥乙基乙二胺、三乙醇胺，混合均勻，靜置20min，再加入FA/QB螯合劑，混合攪拌均勻，靜置30min，得到切削液，其中切削液的各組分的重量百分比為：聚乙二醇15-25%，羥乙基乙二胺20-25%，三乙醇胺5-10%，FA/QB螯合劑10-15%，余量為水。

具體實施方式

實施例一

將絕緣基片切削研磨，該切削液采用如下工藝制得：向水中依次加入聚乙二醇、羥乙基乙二胺、三乙醇胺，混合均勻，靜置20min，再加入FA/QB螯合劑，混合攪拌均勻，靜置30min，得到切削液，其中切削液的各組分的重量百分比為：聚乙二醇15%，羥乙基乙二胺20%，三乙醇胺5%，FA/QB螯合劑10-15%，余量為水。將絕緣基片依次用洗潔精、去離子水超聲清洗10min，然后用濃氨水(質量百分數35％)/雙氧水(質量百分數20％)/去離子水(體積比為1:3:4)的混合溶液65℃處理20min，最后用去離子水超聲清洗150s，取出、用干燥氮氣吹干。

按摩爾比Cd:Si:P＝1:1:2的比例分別稱取Cd、Si和P三種單質原料，將原料一起研磨均勻，裝入石英管內，抽真空后，封燒石英管。

將石英管采用階段性升溫，先以40℃/h的升溫速率升至500℃，恒溫15h，繼續升溫至反應溫度950℃，恒溫反應15h，最后自然降溫至室溫。