[发明专利]一种具有大磁电阻效应的p-Si基异质结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术，特别是一种具有大磁电阻效应的p-Si基异质结构的制备方法。

背景技术

近年来，由于在磁信息存储和读取方面具有巨大的应用前景，自旋电子学材料备受关注。2007年的诺贝尔物理学奖授予了自旋电子学的开创者Albert Fert和Peter Grünberg两位教授。现在，如何获取高自旋极化的电流仍然是自旋电子学领域的热点问题之一。获得高自旋注入的办法主要包括选择高自旋极化率的电极材料和制备稀磁性半导体材料。

要想将自旋电子学器件应用在实际产品中，需要与现有的Si半导体技术结合起来。但是目前的磁性薄膜材料与Si基形成的异质结构中的自旋注入效率都不高，主要是由于磁性薄膜与Si的电阻率不匹配造成的。因此后来人们采用铁磁性颗粒薄膜作为注入源材料，与Si半导体复合在一起形成异质结构，从而缓解电阻率失配的问题。Zhang等在发表在Appl. Phys. Lett. 95, 022503 (2009)上的文章中报道了在采用脉冲激光沉积的Co_x-C_1-x/n-Si异质结构中观察到了电压以来的正电阻效应；Lutsev等在发表在Phys. Rev. B 80, 184423 (2009)上的论文中发表了采用离子束共沉积法制备的Co-SiO₂/Si异质结构的大的磁电阻效应。然而，这些样品的制备方法在未来的工业生产中会受到局限，工业生产中多用磁控溅射法制备薄膜材料。从工业化生产的角度来讲，需要使用溅射法和相对简单的实验条件下制备出具有较大的磁电阻效应的Si基异质结构。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种具有大磁电阻效应的p-Si基异质结构的制备方法，该p-Si基异质结构耐酸、耐氧化、抗腐蚀，可以很好地保护自旋电子学器件；其制备方法工艺简单、易于实施。

本发明的技术方案：

一种具有大磁电阻效应的p-Si基异质结构的制备方法本专利操作，步骤如下：

1)在对向靶磁控溅射镀膜机的靶头上安装一对石墨靶，在石墨靶上均匀固定Ni片；

2)将带有自然氧化层的p型Si片的玻璃基底表面杂质清除后，安装在样品架上，安装位置在对向靶连线的中垂线上；

3)开启磁控溅射镀膜机，先后启动一级机械泵和二级分子泵抽真空，直至溅射室的背底真空度为2×10^–4 Pa；

4)向真空室通入N₂和Ar的混合气体，使得真空室中的真空度保持在1 Pa；

5)开启溅射直流电源，在一对石墨靶上施加电流和电压，预溅射15分钟，等溅射电流和电压稳定；

6)打开基片架上的挡板开始溅射，基片位置固定，在p型Si基片上生长Ni-CN复合薄膜，从而形成Ni-CN/p-Si异质结构；

7)生长薄膜30分钟后，关闭基片架上的挡板，然后关闭溅射电源，停止通入溅射气体Ar和N₂，继续抽真空半小时后关闭真空系统，待系统冷却至室温后向真空室充入纯度为99.999%的氮气，直到真空室的气压与外面大气压相同时，打开真空室取出制得的Ni-CN/p-Si异质结构样品。

所述石墨靶的纯度为99.99%，靶材的直径为100 mm、厚度为6 mm；Ni片的纯度为99.99%、面积为0.5 cm²，放置数量为9片。

所述N₂和Ar混合气体中N₂和Ar的纯度均为99.999%；氮气分压为4%。

所述溅射直流电源在石墨靶上施加0.2 A的电流和1100 V的直流电压。