[发明专利]一种制备GaMnN稀磁半导体纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米线的制备方法，特别是涉及一种制备GaMnN稀磁半导体纳米线的方法。

背景技术

稀磁半导体材料的室温铁磁性是其能否用于自旋电子器件的制造的重要性能，GaN作为一种宽禁带半导体材料，具有优良的光学、电学性质，理论上GaN掺杂Mn将使其具有高于室温的铁磁序，因而GaMnN稀磁半导体材料是目前的研究热点。然而，由于磁性离子在半导体中的固溶度较低，利用传统方法制备高掺杂的、Mn替代晶格阳离子的GaMnN稀磁半导体材料仍然非常困难，而且，也曾有文献报道，采用上述方法制备时GaN中如果Mn的掺杂浓度大于3at.％，Mn离子就会填充在晶格间隙位置，而不是替代Ga，从而形成Ga_xMn_y晶粒，对材料的磁学性能产生影响，存在磁性杂质相析出问题。Deepak等人(F.L.Deepak，P.U.Vanitha，A.Fovindaraj，C.N.R.Rao，Chem.Phys.Lett.374(2003)314)利用碳纳米管作为摸板，制备了GaMnN稀磁半导体纳米线，但是样品产量较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备GaMnN稀磁半导体纳米线的方法。

本发明所提供的制备GaMnN稀磁半导体纳米线的方法，包括如下步骤：

1)Mn掺杂：Ga₂O₃纳米线原位掺杂Mn；

2)氨化：将掺有Mn的Ga₂O₃纳米线在氨气气氛下进行氨化，得到GaMnN稀磁半导体纳米线。

其中，步骤1)所述在Ga₂O₃纳米线上原位掺杂Mn的条件为：

将MnCl₂·4H₂O粉末、镓源衬底和收集衬底依次放入一端开口的石英舟中，然后再把石英舟放入管式炉，并使开口端迎着气流方向；封闭系统、抽真空，再通入氩气进行清洗，控制炉内压强为0.6～0.9标准大气压，通入氩气作为载气；并设定升温速度为15～20℃/分钟，使管式炉温度升到900℃，保持温度，在收集衬底上得到掺杂有Mn的Ga₂O₃纳米线。

在上述温度、气压条件下，在收集衬底上生长出Ga₂O₃纳米线。而且，在Ga₂O₃纳米线生长过程中，由于氯化锰不断分解，并通过载气气流的输运，锰进入到Ga₂O₃的晶格中，实现Mn掺杂。通过放入不同的MnCl₂·4H₂O粉末量及其与源衬底和收集衬底的相对位置，可控制Mn的掺杂浓度。

步骤2)所述进行氨化的条件为：

将炉温升高至1050℃，关闭氩气，通入氨气并保温40分钟，控制压强为0.9大气压，对掺杂有Mn的Ga₂O₃纳米线进行氨化处理，得到GaMnN稀磁半导体纳米线。

根据Ga₂O₃纳米线中Mn的掺杂浓度不同，即可得到不同Mn掺杂浓度的GaMnN稀磁半导体纳米线。另外，在氨化处理结束后，为防止纳米线被氧化，关闭氨气后需通入氩气，自然降温至室温，这样即在Si衬底上生长有GaMnN稀磁半导体纳米线。