一種高溫Si制造技術

本發明專利技術提供了一種高溫Si1?

【技術實現步驟摘要】
一種高溫Si1?
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Ge
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Fe
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稀磁半導體薄膜、制備方法及其應用


[0001]本專利技術涉及磁性半導體材料
，尤其是涉及一種高溫Si1?
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Ge
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Fe
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稀磁半導體薄膜、制備方法及其應用。

技術介紹

[0002]由于電子的電荷和自旋自由度可以同時被操縱以進行信息處理和存儲，所以在過去的二十多年中稀磁半導體得到了廣泛的關注和研究。除了研究最為廣泛的III
?
V族稀磁半導體(如(Ga，Mn)As)外，IV族稀磁半導體因其與當前成熟的Si集成技術兼容而受到特別關注。在傳統半導體工業中，Si一直是最基礎的研究材料。過渡族金屬元素摻雜IV族基半導體可以與現有的Si基微電子器件相集成，因此，對于現代半導體工業的研究和集成，IV族基稀磁半導體具有更廣泛研究。
[0003]對于IV族稀磁半導體，大多數研究主要集中在Mn摻雜的IV族半導體，然而Mn摻雜的IV族半導體在生長過程中容易發生旋節線分解形成與Mn相關的團簇或第二相析出物，如Ge3Mn5、Ge8Mn
11
、GeMn
3.4
和Si
1.7
Mn。另一方面，在摻雜Fe的IV族稀磁半導體中很少觀察到與Fe相關的團簇或第二相析出物，因為Fe在IV族半導體中形成團簇的趨勢比Mn在IV族半導體中形成團簇的趨勢小。但是，目前為止，摻雜Fe的IV族稀磁半導體主要通過分子束外延生成的，此種分子束外延方法，存在工藝復雜，樣品制備周期長且不利于規模生長樣品等問題。而且現有方法制備的摻雜Fe的IV族稀磁半導體的居里溫度值仍然較低，通常小于250K，這對于實際的應用是不利的。所以探索一種新的制備Fe摻雜IV族稀磁半導體的方法是相當必要的。事實上，具有較高居里溫度的Fe摻雜IV族稀磁半導體也更值得期待。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的之一在于提供一種高溫Si1?
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稀磁半導體薄膜的制備方法。本專利技術的制備方法制備的Si1?
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稀磁半導體薄膜各元素分布均勻，具有良好的結晶性，并且其居里溫度隨著鐵元素含量的增加而升高，最高可達294K。本專利技術提供的諸多技術方案中的優選技術方案所能產生的諸多技術效果詳見下文闡述。
[0005]為實現上述目的，本專利技術提供了以下技術方案：
[0006]本專利技術提供的一種高溫Si1?
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Ge
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Fe
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稀磁半導體薄膜的制備方法，包括如下步驟：
[0007]S1：對本征Ge襯底進行清洗和去除表面氧化物；
[0008]S2：將處理過的Ge襯底、高純硅靶、高純鍺靶和高純鐵靶放入背景壓強為10
?5Pa的射頻多靶共濺磁控濺射生長室中，使薄膜在0.35Pa的高純氬氣氣氛中生長；且在生長過程中，保持襯底溫度在250℃，并持續旋轉；
[0009]S3：在薄膜生長過程中，首先在Ge襯底上生長50nm厚度的Ge緩沖層，然后在Ge緩沖層上生長150nm厚度的Si1?
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Ge
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Fe
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薄膜；生長結束后，自然冷卻到室溫，得到沉積的Si1?
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Ge
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薄膜；
[0010]S4：用快速退火爐在混合氣體氣氛下對沉積的Si1?
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Ge
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Fe
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薄膜進行退火處理。
[0011]根據一種優選實施方式，在步驟S1中，還包括：用去離子水、無水乙醇和丙酮清洗本征Ge襯底，以及用2.5％的HF水溶液去除表面氧化物。
[0012]根據一種優選實施方式，在步驟S2中，襯底加熱至250℃后至少保溫1h后開始濺射。
[0013]根據一種優選實施方式，在步驟S4中，所述混合氣體氣氛為5％H2和95％Ar的混合氣體氣氛。
[0014]根據一種優選實施方式，在步驟S4中，退火過程包括：將生長薄膜以1600℃/min的加熱速率加熱至800℃，然后在800℃下退火0.5min，最后在1min內冷卻至室溫，得到Si1?
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Ge
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薄膜。
[0015]根據一種優選實施方式，所述的高純硅靶為硅的質量分數大于等于99.9999％的硅靶；所述的高純鍺靶為鍺的質量分數大于等于99.999％的鍺靶；所述的高純鐵靶為鐵的質量分數大于等于99.95％的鐵靶；所述的高純氬氣為氬氣的體積分數大于等于99.999％的氬氣。
[0016]根據一種優選實施方式，所制備的Si1?
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Ge
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薄膜中，0.7≤x≤0.8，y≤0.05。
[0017]根據一種優選實施方式，所制備的Si1?
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Fe
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薄膜中，x＝0.75，y＝0.01、0.025或0.05。
[0018]本專利技術還提供了一種高溫Si1?
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稀磁半導體薄膜，所述Si1?
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稀磁半導體薄膜是由所述的制備方法制備而成，所述Si1?
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稀磁半導體薄膜的居里溫度最高能夠達到294K。
[0019]本專利技術還提供了所述的高溫Si1?
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稀磁半導體薄膜在磁性半導體領域的應用。
[0020]基于上述技術方案，本專利技術的一種高溫Si1?
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Fe
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稀磁半導體薄膜、制備方法及其應用至少具有如下技術效果：
[0021]本專利技術的高溫Si1?
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稀磁半導體薄膜的制備方法使用硅靶、鍺靶和鐵靶采用射頻磁控濺射共濺射得到沉積的Si1?
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薄膜，然后采用快速退火的方法對沉積Si1?
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薄膜進行退火得到Si1?
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稀磁半導體薄膜。本專利技術的制備方法能夠快速制備出Si1?
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稀磁半導體薄膜，且具有重復性高、產品質量好以及成本低的優點。
[0022]本專利技術的制備方法制備的Si1?
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Ge...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高溫Si1?
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Ge
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Fe
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稀磁半導體薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：對本征Ge襯底進行清洗和去除表面氧化物；S2：將處理過的Ge襯底、高純硅靶、高純鍺靶和高純鐵靶放入背景壓強為10
?5Pa的射頻多靶共濺磁控濺射生長室中，使薄膜在0.35Pa的高純氬氣氣氛中生長；且在生長過程中，保持襯底溫度在250℃，并持續旋轉；S3：在薄膜生長過程中，首先在Ge襯底上生長50nm厚度的Ge緩沖層，然后在Ge緩沖層上生長150nm厚度的Si1?
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薄膜；生長結束后，自然冷卻到室溫，得到沉積的Si1?
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薄膜；S4：用快速退火爐在混合氣體氣氛下對沉積的Si1?
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薄膜進行退火處理。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟S1中，還包括：用去離子水、無水乙醇和丙酮清洗本征Ge襯底，以及用2.5％的HF水溶液去除表面氧化物。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟S2中，襯底加熱至250℃后至少保溫1h后開始濺射。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟S4中，所述混合氣體氣氛為5％H2和95％Ar的混合氣體氣氛。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟S4中，退火過程包括：將生長薄膜以1600℃/min的加熱速率加熱至800℃，然后在800℃下退火0.5min...

【專利技術屬性】
技術研發人員：向鋼，張析，李加飛，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：