[发明专利]一种在MgO(111)基片上外延生长多种相结构氮化铁薄膜的方法

摘要

本发明公开了一种在MgO(111)基片上外延生长多种相结构氮化铁薄膜的方法，涉及薄膜材料技术领域，包括如下步骤：将Fe靶固定在溅射腔室内强磁靶上；将单晶MgO基片和玻璃同时固定在基片托上，放入溅射腔室，进行抽真空；待溅射腔室的真空度到2.0×10^‑4Pa以下后，对基片托进行加热；通入Ar和N₂的混合气体，调好通入腔室气体流量后通过调节分子泵的旁抽阀来稳定溅射腔室内的气压；溅射腔室内气压稳定在0.2Pa，调整溅射电流为0.08mA，预溅射5min，溅射30min；溅射完毕后停止通气并原位退火60min，抽真空至自然冷却至80℃，关闭真空泵，即得氮化铁外延薄膜，实现了α‑Fe(N)、γ′‑Fe₄N、ε‑Fe_3‑xN(0≤x<1)、ζ‑Fe₂N、γ″‑FeN和γ″′‑FeN薄膜的外延生长和氮含量的精准调控，为氮化铁在自旋电子器件中的应用奠定了基础。

主权项

1.一种在MgO(111)基片上外延生长多种相结构氮化铁薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将Fe靶固定在溅射腔室内强磁靶上；(2)将单晶MgO(111)基片和玻璃同时固定在基片托上，使玻璃上和MgO上相同相的薄膜是在同一条件下同时生长，放入溅射腔室，进行抽真空；(3)待溅射腔室的真空度到2.0×10^‑4Pa以下后，对基片托进行加热直至350℃；(4)通入Ar和N₂的混合气体，其中，Ar和N₂气流总量等于50sccm，调好通入腔室气体流量后通过调节分子泵的旁抽阀来稳定溅射腔室内的气压；(5)溅射腔室内气压稳定在0.2Pa，调整溅射电流为0.08mA，先预溅射5min，后生长溅射30min；(6)溅射完毕后停止通气，原位退火60min,抽真空至自然冷却至80℃，关闭真空泵，取出样品，即为此氮流量下对应的相结构的氮化铁薄膜，氮化铁薄膜为α‑Fe、γ′‑Fe₄N、ε‑Fe_3‑xN(0≤x<1)、ζ‑Fe₂N、γ″‑FeN和γ″′‑FeN薄膜或α‑Fe、γ′‑Fe₄N、ε‑Fe_3‑xN(0≤x<1)、ζ‑Fe₂N、γ″‑FeN和γ″′‑FeN相邻两个相共存的外延薄膜；(7)最后以同样的步骤分别在室温、200℃、450℃和600℃制备氮化铁外延薄膜，以获得氮化铁外延薄膜的相图。