[发明专利]一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法

摘要

本发明公开一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜的制备方法。利用分子动力学程序模拟不同能量的离子注入到ZnO后的能量损失和分布，设计多次叠加注入条件，在分子束外延技术或者金属有机物化学气相沉积技术制备的ZnO单晶薄膜中注入不同能量、不同剂量的非磁性元素，使得叠加后总离子分布与损伤截面在一定薄膜厚度范围内近似均匀分布。通过控制注入离子能量和剂量调控氧化锌单晶薄膜中掺杂离子和缺陷态的分布与数量，获得了缺陷诱导的具有室温铁磁性的ZnO单晶薄膜。离子注入能精确控制注入剂量以及注入离子和缺陷的分布，实验的重复性和稳定性好。本方法获得的ZnO薄膜具有稳定的室温铁磁性，并保持较好的单晶特性，可应用于量子自旋器件中。

主权项

一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，包括如下步骤：(1)利用SRIM程序模拟具有一定能量E1的离子入射到ZnO后离子在靶材中的能量损失和分布，得到入射离子的垂直投射影程Rp1和垂直投射影程统计偏差ΔRp1；(2)能量为E1，剂量为φ1的离子沿着随机方向注入ZnO薄膜后的注入离子分布理论上为高斯分布：x是离子离表面的深度；(3)重复步骤(1)，(2)，设计一系列的能量Ei，剂量φi，使得叠加后总离子浓度分布为常数，即N(x)＝N1(x)+N2(x)+N3(x)+……近似为常数；(4)根据设定好的注入条件，在ZnO单晶薄膜中依次注入不同能量、不同剂量的掺杂离子。