[發明專利]一種Mn摻雜ZnO稀磁半導體薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 202110453139.1
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113308669B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 劉風光;吳鵬;洪賓;趙巍勝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學合肥創新研究院（北京航空航天大學合肥研究生院）
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/35;H01F41/18;H10N52/85
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 奚華保

本發明涉及一種稀磁半導體制備技術領域，具體涉及一種Mn摻雜ZnO稀磁半導體薄膜的制備方法，包括以下步驟：1)稱取適量的鋅源和錳源粉末，球磨混合均勻；2)將混合粉末摻入有機粘合劑并調和均勻，壓制成圓餅狀復合物；3)將圓餅狀復合物在400?1100℃的條件下進行煅燒6?8小時，冷卻至室溫得到Znsubgt;1?x/subgt;Mnsubgt;x/subgt;O靶材；4)清洗襯底；5)上襯底；6)調控直流磁控濺射裝置，對襯底進行磁控濺射靶材進行鍍膜，鍍膜結束后，冷卻至室溫，得到Znsubgt;1?x/subgt;Mnsubgt;x/subgt;O稀磁半導體薄膜。本發明首次使用石墨烯片作為襯底材料，制備了Znsubgt;1?/subgt;subgt;x/subgt;Mnsubgt;x/subgt;O稀磁半導體薄膜；采用直流磁控濺射技術，使靶材材料和襯底更加均勻，Znsubgt;1?x/subgt;Mnsubgt;x/subgt;O復合膜更加穩定；且其鐵磁性和光致發光性能優異。

技術領域

本發明涉及一種稀磁半導體制備技術領域，具體涉及一種Mn摻雜ZnO稀磁半導體薄膜的制備領域。

背景技術

自旋電子學(Spintronics)是一門新興的學科，它是利用電子的電荷和自旋兩個自由度作為信息的載體，進而實現信息的傳輸、處理和存儲，目前已成為電子學、物理以及材料等多學科交叉研究中的熱點之一，作為關鍵材料的稀磁半導體的研究備受關注。稀磁半導體(Dilution?Magnetic?Semiconductor，DMS)，也稱半磁半導體(Semi-magneticSemiconductor)，是指在Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族等化合物中，由磁性過渡族金屬離子或稀土金屬離子部分地替代非磁性陽離子所形成的新的一類半導體材料。這類材料在自旋極化發光二極管、自旋極化場效應管、高密度非揮發性存儲器等自旋電子器件的制造方面有著重要的潛在應用，引起了國際上的廣泛研究。

Lin等人用等離子體增強化學氣相沉積技術(Plasma?enhanced?chemical?vapordeposition?technique，PECVD)在Si(001)襯底上制備了Zn_1-xMn_xO(x＝0，0.02，0.04)薄膜，其制備樣品通過XRD檢測沒有發現雜相，但從M-H曲線可以看到所有的摻雜薄膜都存在室溫鐵磁性，而且隨著Mn含量的增加，可以看到飽和磁化強度是減弱的。Cheng等人用射頻磁控濺射(Radio?frequency?magnetron?sputtering)的方法在藍寶石()襯底上制備了Zn_1-xMn_xO(x≈0.07)薄膜，其結果通過布里淵函數(Brillouin?function)擬合滿足順磁性條件。Elanchezhiyan等人研究了不同襯底對Zn_1-xMn_xO薄膜的影響，他們用射頻磁控濺射的方法分別在Si(100)和藍寶石Al₂O₃(0001)襯底上制備了Zn_1-xMn_xO(x＝0，0.05，0.10，0.15)薄膜，他們從室溫M-H曲線中發現Si襯底上的薄膜表現出順磁性，但藍寶石襯底上的薄膜表現出鐵磁性。

目前，雖然有許多文獻對于Mn摻雜ZnO成膜進行研究，但是據發明人所知，目前還沒有人采用強直流磁控濺射在石墨烯基底材料上制備Mn摻雜ZnO薄膜，而這樣的摻雜，在后續的薄膜的光學性質中的光致發光中也表現出來優異的性能，這完全超出了我們的初始預期。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Mn摻雜ZnO稀磁半導體薄膜的制備方法，具體是對ZnO進行Mn摻雜，該Mn摻雜ZnO稀磁半導體薄膜在自旋極化發光二極管、自旋極化場效應管、高密度非揮發性存儲器等自旋電子器件的制造方面有著重要的潛在應用，尤其是鐵磁性能方面表現出了出乎意料的效果，具有很好的應用前景。

為了使本領域技術人員對本發明的技術方案有詳細的了解，現對本發明的技術方案進行如下詳細描述。

一種Mn摻雜ZnO稀磁半導體薄膜的制備方法，包括以下步驟：