專利名稱：磁性p－n結(jié)薄膜材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種磁性薄膜材料及制備方法，特別是指一種磁性p-n結(jié)薄膜材料及制備方法。
迄今為止，已有大量的磁體/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及磁體/半導(dǎo)體/磁體三明治結(jié)構(gòu)制備成功的報(bào)道，磁體/半導(dǎo)體超晶格的研制也取得了進(jìn)展。但由于磁體/半導(dǎo)體間晶格失配的影響，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變較大、穩(wěn)定性不好。對(duì)于半導(dǎo)體材料的研究多集中在II-Mn-VI和III-Mn-V，即A1-xMnxB化合物上，由于晶格失配問題Mn離子的濃度不能太高。而Si(硅)是當(dāng)今應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料，所以硅基的磁性半導(dǎo)體材料也是最重要的。
低能離子束外延技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用磁分析器的離子提純分析功能，在超高真空條件下可制備其它工藝不易實(shí)現(xiàn)的、難提純、難化合、易氧化的特殊材料。稀土元素是易氧化、難提純的物質(zhì)，用這種方法就可克服這種弱點(diǎn)，使離子達(dá)到同位素純度。
p-n結(jié)和磁性材料是現(xiàn)代信息技術(shù)中不可缺少的基本器件和材料，制備具有磁性的p-n結(jié)，對(duì)磁電子學(xué)發(fā)展具有非常重要意義，具有廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明的另一目的是制備高溫磁性p-n結(jié)，以用于相關(guān)器件和電路。
本發(fā)明一種磁性p-n結(jié)薄膜材料，磁性p-n結(jié)是在半導(dǎo)體襯底上制備磁性半導(dǎo)體材料，并且使其載流子和襯底屬于不同的類型；其特征在于，包括一半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上直接生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料，或根據(jù)需要在襯底上先外延一層或多層緩沖層后再生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料。
其中所述的半導(dǎo)體襯底是硅、銻化鎵、砷化鎵等單晶片。
其中所述的磁性半導(dǎo)體是新型的稀磁半導(dǎo)體材料，如硅釓、鎵錳砷、鎵錳銻等。
其中所述的緩沖層可以是非磁性層，如鋁鎵砷，硅鍺等；也可以是磁性層，如鎵錳砷。
其中所述的磁性半導(dǎo)體既可以是單晶形式也可以是多晶形式。
本發(fā)明一種磁性p-n結(jié)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1首先選擇一半導(dǎo)體襯底；步驟2用離子束外延、液相外延、濺射、真空沉積或分子束外延等方式在硅、銻化鎵、砷化鎵等單晶片襯底上直接生長(zhǎng)磁性外延層。
其中步驟1所述的半導(dǎo)體襯底是硅、銻化鎵、砷化鎵等單晶片。
其中步驟2所述的磁性半導(dǎo)體是新型的稀磁半導(dǎo)體材料，如硅釓、鎵錳砷、鎵錳銻等。
其中步驟2所述的磁性半導(dǎo)體既可以是單晶形式也可以是多晶形式。
其中所述的緩沖層可以是非磁性層，如鋁鎵砷，硅鍺等；也可以是磁性層，如鎵錳砷。
圖2是Gd～Si/Si的I-V曲線圖，
在該半導(dǎo)體襯底上直接生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料，或根據(jù)需要在襯底上先外延一層或多層緩沖層后再生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料，該緩沖層可以是非磁性層，如鋁鎵砷，硅鍺等；也可以是磁性層，如鎵錳砷。所述的磁性半導(dǎo)體是新型的稀磁半導(dǎo)體材料，如硅釓、鎵錳砷、鎵錳銻等。所述的磁性半導(dǎo)體既可以是單晶形式也可以是多晶形式。
一種磁性p-n結(jié)的制備方法，包括如下步驟步驟1首先選擇一半導(dǎo)體襯底，所述的半導(dǎo)體襯底是硅、銻化鎵、砷化鎵等單晶片。步驟2用離子束外延、液相外延、濺射、真空沉積或分子束外延等方式在硅、銻化鎵、砷化鎵等單晶片襯底上直接生長(zhǎng)磁性外延層，或根據(jù)需要在襯底上先外延一層或多層緩沖層后再生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料，該緩沖層可以是非磁性層，如鋁鎵砷，硅鍺等；也可以是磁性層，如鎵錳砷；所述的磁性半導(dǎo)體是新型的稀磁半導(dǎo)體材料，如硅釓、鎵錳砷、鎵錳銻等。所述的磁性半導(dǎo)體既可以是單晶形式也可以是多晶形式。
4)測(cè)得Gd～Si/Si的I-V曲線如圖2所示，說明樣品具有整流特性。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的積極效果與其它p-n結(jié)相比，磁性p-n結(jié)兼?zhèn)淞舜判院驼鞯奶卣?，而且磁性半?dǎo)體材料具有居里溫度高的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式(1)實(shí)現(xiàn)發(fā)明的主要設(shè)備半導(dǎo)體薄膜制備設(shè)備(如離子束系統(tǒng)、分子束外延系統(tǒng)或激光淀積系統(tǒng)等)；機(jī)械真空泵+擴(kuò)散真空泵(或其它真空設(shè)備)；溫度控制系統(tǒng)；半導(dǎo)體熱處理設(shè)備；(2)根據(jù)生長(zhǎng)設(shè)備的具體情況，對(duì)生長(zhǎng)技術(shù)路線進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
(3)對(duì)于離子束外延系統(tǒng)，靶室靜態(tài)真空度優(yōu)于5×10-8pa，動(dòng)態(tài)真空度優(yōu)于2×10-5Pa；離子能量10～1500eV(連續(xù)可調(diào))；可分選原子量為1～207(H-Pb)；襯底溫度RT(室溫)～500℃連續(xù)可調(diào)。
(4)對(duì)于其它半導(dǎo)體薄膜制備系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)，視具體情況而定。
(5)磁性p-n結(jié)的制備步驟以GaSb(銻化鎵)、GaAs(砷化鎵)、Si(硅)等單晶片為襯底；選擇適當(dāng)?shù)闹苽錀l件，包括襯底溫度，沉膜速率，沉積能量等，設(shè)備不同，制備條件也不同；根據(jù)需要可以在GaSb(銻化鎵)、GaAs(砷化鎵)、Si(硅)等單晶片襯底上直接生長(zhǎng)磁性外延層，也可以先在襯底上生長(zhǎng)緩沖層，然后再生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體外延層；用離子束外延、液相外延、濺射、真空沉積或分子束外延等設(shè)備生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體(如GaMnAS(鎵錳砷)，GaMnSb(鎵錳銻)、Gd-Si(釓硅)等)，并且使外延和基片的載流子屬于不同的類型；根據(jù)需要可以對(duì)獲得的p-n結(jié)進(jìn)行其它工藝處理，如熱處理，光刻，制作電極等。
權(quán)利要求
1.一種磁性p-n結(jié)薄膜材料，磁性p-n結(jié)是在半導(dǎo)體襯底上制備磁性半導(dǎo)體材料，并且使其載流子和襯底屬于不同的類型；其特征在于，包括一半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上直接生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料，或根據(jù)需要在襯底上先外延一層或多層緩沖層后再生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性p-n結(jié)薄膜材料，其特征在于，其中所述的半導(dǎo)體襯底是硅、銻化鎵、砷化鎵等單晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性p-n結(jié)薄膜材料，其特征在于，其中所述的磁性半導(dǎo)體是新型的稀磁半導(dǎo)體材料，如硅釓、鎵錳砷、鎵錳銻等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性p-n結(jié)薄膜材料，其特征在于，其中所述的磁性半導(dǎo)體既可以是單晶形式也可以是多晶形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性p-n結(jié)薄膜材料，其特征在于，其中所述的緩沖層可以是非磁性層，如鋁鎵砷，硅鍺等；也可以是磁性層，如鎵錳砷。
6.一種磁性p-n結(jié)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1首先選擇一半導(dǎo)體襯底；步驟2用離子束外延、液相外延、濺射、真空沉積或分子束外延等方式在硅、銻化鎵、砷化鎵等單晶片襯底上直接生長(zhǎng)磁性外延層，或根據(jù)需要在襯底上先外延一層或多層緩沖層后再生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性p-n結(jié)的制備方法，其特征在于，其中步驟1所述的半導(dǎo)體襯底是硅、銻化鎵、砷化鎵等單晶片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性p-n結(jié)的制備方法，其特征在于，其中步驟2所述的磁性半導(dǎo)體是新型的稀磁半導(dǎo)體材料，如硅釓、鎵錳砷、鎵錳銻等。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性p-n結(jié)的制備方法，其特征在于，其中步驟2所述的磁性半導(dǎo)體既可以是單晶形式也可以是多晶形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性p-n結(jié)的制備方法，其特征在于，其中所述的緩沖層可以是非磁性層，如鋁鎵砷，硅鍺等；也可以是磁性層，如鎵錳砷。
全文摘要
本發(fā)明一種磁性p－n結(jié)薄膜材料，磁性p－n結(jié)是在半導(dǎo)體襯底上制備磁性半導(dǎo)體材料，并且使其載流子和襯底屬于不同的類型；包括一半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底上直接生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料，或根據(jù)需要在襯底上先外延一層或多層緩沖層后再生長(zhǎng)磁性半導(dǎo)體材料。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1452216SQ02105698
公開日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2002年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月18日
發(fā)明者周劍平, 陳諾夫, 張富強(qiáng), 劉志凱, 楊少延, 柴春林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所