[发明专利]ZnO基稀磁半导体薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种ZnO基稀磁半导体薄膜，其组成为Zn_0.9M_0.05R_0.05O或Zn_0.95M_0.05O；

其中，M为Co或Mn，R为Mg或Cd。

2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于：所述ZnO基稀磁半导体薄膜为(002)取向的纤锌矿结构；薄膜的厚度为40-50nm。

3.根据权利要求1或2所述的薄膜，其特征在于：所述薄膜为按照权利要求4-9任一所述方法制备而得的产物。

4.一种制备权利要求1-3任一所述ZnO基稀磁半导体薄膜的方法，包括如下步骤：

1)用氨水将NH₄HCO₃水溶液的pH值调节至7.6-9.5后得到沉淀剂；

2)将锌盐的水溶液、M(NO₃)₂的水溶液和R(NO₃)₂的水溶液按照其中Zn²⁺、M²⁺和R²⁺的摩尔比0.9∶0.05∶0.05的比例，与步骤1)所得沉淀剂进行共沉淀反应，反应完毕收集所得沉淀，烘干得到前驱粉体I；

或者，将锌盐的水溶液和M(NO₃)₂的水溶液按照其中Zn²⁺与M²⁺的摩尔比0.95∶0.05的比例，与步骤1)所得沉淀剂进行共沉淀反应，反应完毕收集所得沉淀，烘干得到前驱粉体II；

所述M(NO₃)₂和R(NO₃)₂中，M和R的定义与权利要求1相同；

3)将步骤2)所得前驱粉体I或II煅烧后依次进行造粒、压片和烧结，分别得到陶瓷靶材I或II；

4)以步骤3)所得陶瓷靶材I或II为靶材，在Si(100)基片或Si(100)/Pt(111)基片上用脉冲激光沉积法沉积薄膜，分别得到组成为Zn_0.9M_0.05R_0.05O的所述ZnO基稀磁半导体薄膜和组成为Zn_0.95M_0.05O的所述ZnO基稀磁半导体薄膜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，氨水的质量百分浓度为25-28％，具体为28％；或，

所述NH₄HCO₃的摩尔用量与步骤2)中金属离子的摩尔总用量的比值为2.3-2.6∶1，具体为2.4∶1；或，

所述步骤2)中，所述锌盐具体为Zn(NO₃)₂·6H₂O；或，

所述锌盐的水溶液、M(NO₃)₂的水溶液和R(NO₃)₂的水溶液的浓度均为0.5-1mol/L；或，

所述共沉淀反应步骤中，加热方式均为水浴加热，温度均为40-60℃，具体为50℃，时间均为0.5-1小时，具体为1小时；或，

所述步骤3)煅烧步骤中，温度均为300-400℃，具体为400℃，时间均为1-1.5小时，具体为1小时；或，

烧结步骤中，温度均为1000-1300℃，具体为1300℃，时间均为3-4小时，具体为4小时；由室温升至烧结温度的速度均为3-5℃/min，具体为3℃/min；或，

所述步骤4)沉积步骤中，激光脉冲能量320-350mJ，具体为335mJ，温度为500-600℃，具体为520℃。