[发明专利]一种磁性锗硅GeSi 量子环及其制备方法

摘要

本发明公开了一种磁性锗硅GeSi量子环及其制备方法。采用化学气相沉积方法在硅片上沉积锗硅量子环，再应用磁控溅射方法进行锗硅量子环的原位掺杂。在锗硅量子环生长过程中，磁控溅射系统不工作，在锗量子环形成之后，利用磁控溅射技术原位掺杂Mn离子。应用这种化学气相-溅射法生长的GeSi：Mn磁性量子环均匀地低分散在硅片上，呈漂亮的、高度对称的环形形状，并且在室温下具有很强的饱和磁化强度和矫顽力，呈现出很强铁磁性特征。该磁性GeSi:Mn量子环可用于制备各种电磁二极管、电磁三极管和场效应晶体管等。

主权项

一种磁性GeSi 量子环的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）化学气相沉积锗硅量子环对硅衬底表面依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，再用质量浓度为5％HF酸溶液浸泡20～30分钟，去掉Si表面的天然氧化层后，用去离子水冲洗、氮气吹干，表面清洁和预处理；将经预处理后的硅衬底放进沉积室衬底支架上，反应室抽真空至1×10‑5 Pa,　衬底温度升到500～550℃，通入Ａr，在射频电压700～800V、压强50～70 Pa的条件下形成Ａr等离子体，轰击Si衬底表面20～30分钟，对Si表面进行清洁处理；将衬底温度升高到600～650℃, 通入锗烷和氩气，两种气体反应比例为1: 10～20，反应室压强控制在80～100 Pa；在700～900V射频作用下，GeH4 分解的Ge原子、H+、氢原子、Ａr原子混合的等离子体，锗原子扩散到硅片上，进一步迁移、成核，并通过范德瓦尔斯吸引力吸引其它锗原子形成GeSi应变形成量子点，生长时间20～30分钟；再将对已形成的锗量子点在900～650℃的温度下快速退火，形成GeSi量子环结构；（2）Mn掺杂开启磁控溅射系统，将高纯锰靶对准样品表面，通入氩气，在700～900V射频作用下溅射锰靶，在锗硅量子环中均匀掺入Mn，掺杂时间5～10分钟；在600～800℃温度下热快速退火30～40V分钟，待反应室冷却到室温后取出样品，即得到一种磁性GeSi 量子环。