[发明专利]一种铁磁半导体薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制造领域，具体涉及一种铁磁半导体薄膜材料的制备方法。

背景技术

磁性半导体是指非磁性半导体中的部分阳离子被磁性过渡金属元素或稀土金属离子取代后形成的磁性半导体。磁性离子掺杂到半导体中形成磁性半导体后，载流子自旋和磁性离子自旋之间存在交换耦合作用，磁性离子自旋可以产生铁磁性极化作用，将载流子俘获在铁磁自旋簇中，形成磁束缚态极子。随着外加磁场的增加，内部的束缚态磁极化子越来越多的被破坏掉，使更多的载流子被释放出来参与导电。因此磁性半导体在电学、磁学和光学等方面具有独特的性质，例如反常霍尔效应、巨负磁阻效应、增强磁光效应等。

磁性半导体材料具有磁性和半导体性质，可以通过操作半导体中的电子电荷和电子自旋两个自由度进行信息的加工处理与存储，实现电子学、光子学和磁学的有机融合，可用于开发新一代的电子器件，如自旋场效应管和自旋发光二极管等，在光电子领域具有非常广泛的应用前景，从而满足信息技术的超高速、超带宽和超大容量的发展趋势。

现有的铁磁半导体材料大多为薄膜，存在稳定性差、纯度低、对制备工艺条件要求高等问题。

发明内容

本发明提供一种铁磁半导体薄膜材料的制备方法，该制备方法采用CdSiP₂作为靶材，在经过特殊工艺处理过的绝缘基片上，采用离子溅射工艺沉积得到铁磁半导体薄膜材料，得到的产品稳定性高，性能优良。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铁磁半导体薄膜材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）基片处理

将绝缘基片切削研磨后，将绝缘基片依次用洗洁精、去离子水超声清洗10-15min，然后用质量百分数35％的浓氨水/质量百分数20％的双氧水/去离子水的混合溶液65-75℃处理20-25min，所述浓氨水、双氧水和去离子水的体积比为1:3:4，最后用去离子水超声清洗150-200s，取出、用干燥氮气吹干；

（2）制备CdSiP₂靶材

按摩尔比Cd:Si:P＝1:1:2的比例分别称取Cd、Si和P三种单质原料，将原料一起研磨均匀，装入石英管内，抽真空后，封烧石英管；

将石英管采用阶段性升温，先以40℃/h-50℃/h的升温速率升至500℃-550℃，恒温15-20h，继续升温至反应温度950-1100℃，恒温反应15-20h，最后自然降温至室温；

打开石英管，取出结晶较好的料块，用去离子水清洗干净，放置于烘箱中干燥处理，得到CdSiP₂靶材；

（3）将上述干燥后的绝缘基片的温度调至50-100℃，采用磁控溅射法，将所述铬掺杂二氧化钛靶材在所述绝缘基片上制成所述铁磁半导体薄膜材料；

磁控溅射制成所述铁磁半导体薄膜材料的具体条件为，溅射腔压强1-5Pa，溅射腔气氛为氩气，溅射功率为12-15W/cm²，沉积速率为10-100nm/min，溅射时间为3-5h。

优选的，在所述步骤（1）中，所述切削需利用切削液进行，该切削液采用如下工艺制得：

向水中依次加入聚乙二醇、羟乙基乙二胺、三乙醇胺，混合均匀，静置20min，再加入FA/QB螯合剂，混合搅拌均匀，静置30min，得到切削液，其中切削液的各组分的重量百分比为：聚乙二醇15-25%，羟乙基乙二胺20-25%，三乙醇胺5-10%，FA/QB螯合剂10-15%，余量为水。

具体实施方式

实施例一

将绝缘基片切削研磨，该切削液采用如下工艺制得：向水中依次加入聚乙二醇、羟乙基乙二胺、三乙醇胺，混合均匀，静置20min，再加入FA/QB螯合剂，混合搅拌均匀，静置30min，得到切削液，其中切削液的各组分的重量百分比为：聚乙二醇15%，羟乙基乙二胺20%，三乙醇胺5%，FA/QB螯合剂10-15%，余量为水。将绝缘基片依次用洗洁精、去离子水超声清洗10min，然后用浓氨水(质量百分数35％)/双氧水(质量百分数20％)/去离子水(体积比为1:3:4)的混合溶液65℃处理20min，最后用去离子水超声清洗150s，取出、用干燥氮气吹干。

按摩尔比Cd:Si:P＝1:1:2的比例分别称取Cd、Si和P三种单质原料，将原料一起研磨均匀，装入石英管内，抽真空后，封烧石英管。

将石英管采用阶段性升温，先以40℃/h的升温速率升至500℃，恒温15h，继续升温至反应温度950℃，恒温反应15h，最后自然降温至室温。