[发明专利]一种铁磁半导体材料(Sr,Na)(Zn,Mn)2As2及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有CaAl₂Si₂结构的铁磁半导体材料，尤其涉及一种化学结构通式为(Sr_1-yNa_y)(Zn_1-xMn_x)₂As₂的铁磁半导体材料。

背景技术

随着现代电子技术以及电子产业的飞速发展，传统的电子工艺已逐渐不能满足器件小型化的需求。目前，科技人员致力于在常规的电子工艺中引入电子自旋，希望在半导体中同时利用载流子以及其自旋，从而使电子器件同时具有储存、传输以及处理量子信息等成为可能。稀磁半导体是指磁性过渡金属元素或者稀土金属元素取代非磁性半导体中的部分原子，而形成的一种新的半导体化合物。稀磁半导体化合物由于兼具有磁性物质以及半导体的特性，易于与常规半导体工艺兼容，成为许多研究人员关注的焦点。

其中比较典型的稀磁半导体体系是20世纪90年代发现的(Ga,Mn)As 铁磁半导体(Ohno H.,Shen A.,Matsukura F.el al.Appl.Phys.Lett.,1996)，该体系一个突出的方面是磁性离子Mn²⁺部分取代Ga³⁺的位置同时实现了自旋和电荷的掺杂。然而该材料不稳定，只能制作成薄膜，并且薄膜的制备过程中对制备方法的要求高，对热处理很敏感。而且很多测试实验只能用块材，因此寻找新的块材的铁磁半导体对研究铁磁半导体中磁性的起源是非常重要的。

另一种典型的稀磁半导体材料是Sr(Zn,Mn)₂As₂，其母体为SrZn₂As₂，属于六方晶系，具有CaAl₂Si₂型结构。通过在SrZn₂As₂的Zn的位置上掺入适量的Mn原子即可得到具有磁性的Sr(Zn,Mn)₂As₂。然而Sr(Zn,Mn)₂As₂是一种顺磁性材料，相比于铁磁性材料而言其实际应用价值低得多。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种铁磁性的、基于SrZn₂As₂母体的半导体材料。

本发明提供一种铁磁半导体材料，其化学式为 (Sr_1-yNa_y)(Zn_1-xMn_x)₂As₂，其中0.1<y<0.4，0.05<x<0.3。

根据本发明提供的铁磁半导体材料，其中所述铁磁半导体材料的晶体结构属六方晶系。

本发明提供一种制备上述铁磁半导体材料的方法，利用固相反应法，在与氧隔离的环境中烧结前躯体，形成(Sr_1-yNa_y)(Zn_1-xMn_x)₂As₂，0.1<y<0.4， 0.05<x<0.3，其中所述前躯体的物质选自如下物质构成的组：Sr、Na、Zn、 Mn、As、SrAs、MnAs、ZnAs、Na₃As，其中各种物质的含量满足所要制备的铁磁半导体材料(Sr_1-yNa_y)(Zn_1-xMn_x)₂As₂中各种元素的配比，其中固相反应法所采用的烧结温度为670-1000℃。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在常压下进行。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在高于一个大气压的压力下进行。

根据本发明提供的方法，其中所述前躯体包括Sr、Zn、Mn、As、Na₃As。

根据本发明提供的方法，其中所述前躯体包括SrAs、Zn、Mn、As、 Na₃As。

根据本发明提供的方法，其中所述前躯体包括Sr、ZnAs、Mn、As、 Na₃As。

根据本发明提供的方法，其中所述前躯体包括Sr、Zn、MnAs、As、 Na₃As。