[发明专利]含有室温铁磁性的锰掺杂碲化锌半导体的制备方法及产物

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料制备技术领域，尤其涉及制备含有室温铁磁性的锰掺杂碲化锌半导体的方法。

背景技术

碲化锌（ZnTe）作为一种光学性能优异的II-VI族化合物半导体材料，其禁带宽度为2.26eV，能在高温条件下工作，可以用来制作光电器件和传感器件。纳米结构的ZnTe材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等，在光电器件、生物传感器、光电催化、太阳能材料等领域有着广阔的应用前景，从而一直受到人们的关注。

1999年，李亚栋等人通过溶剂热法制备出碲化锌（ZnTe）纳米棒，X射线衍射（XRD）表征结果为闪锌矿结构。这是首次采用溶剂热法制备出ZnTe半导体材料。目前已报道的文献中，多采用分子束外延（MBE）、高温固相反应、籽晶生长法等物理方法来制备锰掺杂碲化锌（Mn:ZnTe）半导体。2006年，Masaaki Imamura等人采用MBE在石英玻璃和蓝宝石基板上制备出了Mn:ZnTe（Mn掺杂量为18at.%～30at.%）薄膜。他们将石英衬底加热到300℃，将ZnTe和碲化锰（MnTe）分别加热到465℃～475℃和1035℃～1040℃，沉积速率约为1?/s，沉积时间6～8小时，在衬底上得到厚度为2～3μm的Mn:ZnTe薄膜。文章中，介绍了Mn:ZnTe薄膜的结构和法拉第旋光效应性能，并指出该方法制得的Mn:ZnTe薄膜在室温和低温-196℃时均为顺磁性。2009年，Sayan Bhattacharyya等人将二水合醋酸锌（Zn(CH₃COO)₂·2H₂O）和四水合醋酸锰（Mn(CH₃COO)₂·4H₂O）和碲粉混合加入到2mL的不锈钢Swagelok反应器中，炉子以10℃/分钟的升温速率升到900℃并保温5h，然后将反应后的干燥灰褐色样品在乙醇中超声清洗，得到Zn_1-xMn_xTe纳米片。其中，当Mn原子掺杂量为0.01时，在室温27℃时有铁磁性存在。专利CN1494607A中，通过MBE法制备出铬、锰共掺杂ZnTe薄膜和钒、锰共掺杂ZnTe薄膜，通过调控铬、钒、锰的掺杂比例，实现对薄膜样品铁磁性转移温度的控制。专利CN101550586A中，通过底部籽晶生长法制备出了ZnTe，并且通过该方法可以实现磷、铝、铬对ZnTe进行少量掺杂，可以生长出具有较高完整性的晶体。其晶体生长温度为1000℃～1250℃，条件较为苛刻，而且能耗较大。专利CN101853918A发明的单电子磁电阻结构中，使用的磁性半导体中包括Mn:ZnTe材料。该专利研究了包括Mn:ZnTe材料构成的磁电阻结构设计，通过优化设计，可以提高电路的响应能力，降低功耗。专利中，没有涉及到Mn:ZnTe半导体的制备方法、工艺过程以及性能分析。专利CN102194888A发明的薄膜晶体管中，使用的多元化合物中包含Mn:ZnTe材料。专利中主要介绍包括Mn:ZnTe材料构成的薄膜晶体管的结构设计方法，并说明Mn:ZnTe材料构成的薄膜晶体管，具有驱动特性高，响应快等特点，可以用于显示器面板中。专利中，没有研究Mn:ZnTe材料的磁性能。专利CN102665968A中制备出了一种新型的纳米笼状空心结构材料，介绍了纳米笼状空心结构的制备方法。这种笼状空心结构材料具有特殊的催化性能和光电效应。其中，构成这种杂化结构的材料中包括ZnTe和过渡金属Mn，并非Mn:ZnTe半导体材料。

此外，对于锰掺杂半导体，由于固溶度的限制，通过一般物理方法很难制备出掺杂均匀、单一相的成品。目前，现有的文献和公开的专利中，多采用设备复杂的分子束外延（MBE）系统来制备Mn:ZnTe半导体。此方法需要高真空系统和复杂的控制系统，需要高纯度的原材料，样品产率低。而高温固相反应法、籽晶生长法等其它方法，均具有制备条件需要高温、制备过程较为复杂等不足之处。因此，寻求一种简单、高效的制备Mn:ZnTe半导体材料的方法成为目前急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对合成半导体的技术现状，提供一种含有室温铁磁性的锰掺杂碲化锌半导体（Mn:ZnTe）半导体的混合溶剂热制备方法及产物。

制备含有室温铁磁性的Mn:ZnTe半导体的方法，按如下步骤进行： 

步骤一：按照每1000mL的去离子水添加0～600mL的乙二醇、1.30～1.90g亚碲酸钠粉末、0.40～0.70g二水合醋酸锌粉末和0.02～0.20g四水合醋酸锰粉末的比例，配置混合均匀的悬浮液；