[發明專利]一種表面自氧化的氮化鎵自旋注入結制備方法

有效

• 申請號: 202310293802.5
• 申請日: 2023-03-24
• 公開（公告）號: CN116013961B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 唐寧;孫真昊;陳帥宇;張仕雄;樊騰;姜稼陽;李國平;沈波
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/267;H01L29/66;H01L21/265
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

1.一種表面自氧化的氮化鎵自旋注入結制備方法，其特征在于，采用原子層沉積系統的遠端氧等離子體使干凈GaN表面均勻附著氧；然后采用氧化物分子束外延系統，在臭氧環境下高溫退火，使GaN表面形成結晶自氧化GaO_x層作為自旋隧穿介質層，其中1≤x≤2；最后通過磁控濺射以及光刻，在自氧化GaO_x層上形成平整連續鐵磁金屬注入電極，完成自旋注入結的制備。

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）將襯底上生長的GaN單晶薄膜樣品置入原子層沉積系統，利用遠端氧等離子體清洗樣品表面；

2）將步驟1）清洗過的樣品傳送至氧化物分子束外延系統，利用臭氧氧化表面，在GaN單晶薄膜上形成自氧化GaO_x層，其中1≤x≤2；

3）將氧化后的樣品傳至磁控濺射系統，在自氧化GaO_x層上制備鐵磁金屬膜；

4）在磁控濺射系統中，在鐵磁金屬膜上濺射一層貴金屬保護膜；

5）通過光刻和刻蝕制備鐵磁金屬注入電極結構，獲得氮化鎵自旋注入結器件。

3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，在步驟1）先對GaN單晶薄膜樣品初始表面進行清洗，再傳送至原子層沉積系統中；或者利用真空互聯直接將金屬有機化合物化學氣相沉淀生長好的氮化鎵單晶薄膜樣品傳送至原子層沉積系統中。

4.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟1）中所述襯底為藍寶石襯底、碳化硅襯底或硅襯底；襯底上的GaN單晶薄膜厚度為0.3~2μm。

5.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟1）中原子層沉積系統在功率1200~1500W，溫度300~400攝氏度條件下處理10~15分鐘。

6.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟2）氧化氣壓為1×10^-5mbar到?1.5×10^-5mbar，氧化溫度為650~850攝氏度，氧化時間為30~45分鐘。

7.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟3）使用射頻電源濺射，靶材為Co、Fe或CoFeB。

8.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟3）中所述鐵磁金屬膜厚度在25~30nm。

9.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟4）使用直流電源濺射，靶材為Pt或Ru。

10.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟5）中所述鐵磁金屬注入電極形狀為“T”字形，其中豎條作為自旋注入結構，橫條作為器件引腳。