專利名稱：多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備鐵磁性半導(dǎo)體薄膜材料的新方法，特別是一種多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體材料和磁性材料是現(xiàn)代信息技術(shù)中不可或缺的兩類重要的材料，而且半導(dǎo)體物理學(xué)和磁性物理學(xué)是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的兩大分支。使磁特性和半導(dǎo)體特性相結(jié)合，制造新型功能器件是磁電子學(xué)發(fā)展的一個非常重要的分支領(lǐng)域。因此，將現(xiàn)有半導(dǎo)體材料磁性化，無論從材料實用上還是從基礎(chǔ)物理學(xué)上講都是非常有意義的。
單一能態(tài)離子注入法是一種常見的鐵磁性半導(dǎo)體制薄膜材料的制備方法。這種方法的優(yōu)點是生長速度快并且成本低，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟。但是這種方法的缺點是磁性元素在薄膜的深度上是高斯分布，這就使材料的器件應(yīng)用受到限制。而多能態(tài)離子注入法(是指用不同能量的過渡族金屬離子和稀土元素離子注入半導(dǎo)體襯底)就很好的解決了這個問題，可以制備出磁性元素在縱向均勻分布的鐵磁性半導(dǎo)體薄膜材料，在分立器件和集成電路中必將得到廣泛應(yīng)用，因此對其制備和研究具有重要意義。
離子注入技術(shù)的優(yōu)點是利用其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現(xiàn)的、難提純、難化合、易氧化的特殊材料。磁性元素如錳通常是很易氧化、很難提純的物質(zhì)，用這種方法就可克服這種弱點，使離子達到同位素純度。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于，提供一種多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體的方法，利用該方法可以制備高溫鐵磁性半導(dǎo)體薄膜材料以及相關(guān)器件和電路。
本發(fā)明一種多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體材料的方法，其特征在于，包括如下步驟首先選擇半導(dǎo)體材料為襯底；然后在襯底上采用多能態(tài)離子注入法直接制備磁性半導(dǎo)體材料，形成稀磁半導(dǎo)體材料。
其中采用多能態(tài)離子注入法中的退火處理，其退火溫度為300℃-1000℃，退火時間為1分鐘-4小時。
具體實施例方式
一種多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體材料的方法，其特征在于，包括如下步驟首先選擇半導(dǎo)體材料為襯底；然后在襯底上采用多能態(tài)離子注入法直接制備磁性半導(dǎo)體材料，形成稀磁半導(dǎo)體材料。
其中采用多能態(tài)離子注入法中的退火處理，其退火溫度為300℃-1000℃，退火時間為1分鐘-4小時。
離子注入法是一種常見的磁性半導(dǎo)體薄膜材料的制備方法，其技術(shù)比較成熟。但是這種方法的缺點是磁性元素在薄膜的深度上是高斯分布，這就使材料的器件應(yīng)用受到限制。而多能態(tài)離子注入法就很好的解決了這個問題，可以制備出磁性元素在縱向均勻分布的磁性半導(dǎo)體薄膜材料，在分立器件和集成電路中必將得到廣泛應(yīng)用，因此對其制備和研究具有重要意義。
實施例1、多能態(tài)離子注入法制備的磁性半導(dǎo)體材料是在襯底上制備的磁性半導(dǎo)體。首先選擇半導(dǎo)體為襯底；然后在襯底上采用多能態(tài)離子注入法直接生長磁性半導(dǎo)體材料；2、其中磁性半導(dǎo)體是新型的稀磁半導(dǎo)體材料MS。其中，M是指過渡族金屬元素和稀土元素，S是指任何半導(dǎo)體材料，如硅、砷化鎵、銻化鎵、氮化鎵、氧化鋅、鍺等。
3、多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體材料(1)以半導(dǎo)體材料為襯底；(2)用離子注入系統(tǒng)在半導(dǎo)體襯底上直接采用多能態(tài)離子注入法制備磁性外延層；
(3)對制備出的磁性半導(dǎo)體材料進行退火處理。退火溫度為300℃-1000℃，退火時間為1分鐘-4小時。
具體實施例(1)以GaN單晶為襯底；(2)采用多能態(tài)離子注入法，利用高能離子注入系統(tǒng)在GaN襯底上制備MnGaN材料；(3)退火溫度650℃，退火時間20分鐘；(4)用X衍射儀的2θ-θ和小角衍射模式對樣品進行測試，在測試結(jié)果中沒有發(fā)現(xiàn)新的衍射峰。利用俄歇分析，發(fā)現(xiàn)Mn元素在深度上均勻分布，可見MnGaN薄膜樣品是Mn元素均勻分布的磁性半導(dǎo)體；(5)在室溫下用梯度樣品磁力計測得上述樣品的磁滯回線。說明MnGaN在室溫下呈鐵磁性。
與單一能態(tài)離子注入法相比，利用多能態(tài)離子注入法可獲得磁性元素縱向均勻分布的磁性半導(dǎo)體材料，并且制備速度快，成本低。因此，在分立器件和集成電路中必將得到廣泛應(yīng)用，對其制備和研究具有重要意義。
實現(xiàn)發(fā)明的最好方式1、實現(xiàn)發(fā)明的主要設(shè)備高能離子注入系統(tǒng)；機械真空泵+擴散真空泵(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。
根據(jù)生長設(shè)備的具體情況，對生長技術(shù)路線進行適當(dāng)調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體材料的方法，其特征在于，包括如下步驟首先選擇半導(dǎo)體材料為襯底；然后在襯底上采用多能態(tài)離子注入法直接制備磁性半導(dǎo)體材料，形成稀磁半導(dǎo)體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體材料的方法，其特征在于，其中采用多能態(tài)離子注入法中的退火處理，其退火溫度為300℃-1000℃，退火時間為1分鐘-4小時。
全文摘要
一種多能態(tài)離子注入法制備磁性半導(dǎo)體材料的方法，其特征在于，包括如下步驟首先選擇半導(dǎo)體材料為襯底；然后在襯底上采用多能態(tài)離子注入法直接制備磁性半導(dǎo)體材料，形成稀磁半導(dǎo)體材料；其中采用多能態(tài)離子注入法中的退火處理，其退火溫度為300℃－1000℃，退火時間為1分鐘－4小時。
文檔編號H01F1/40GK1585049SQ0315492
公開日2005年2月23日 申請日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者張富強, 陳諾夫 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所