專利名稱：制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種制備網(wǎng)狀納米陣列錳銻鐵磁性薄膜的物理氣相沉積工藝，特別是指通過多孔硅基底的調(diào)制作用制備網(wǎng)狀納米陣列錳銻鐵磁性薄膜的物理氣相沉積工藝。
背景技術(shù)：
磁性材料和半導(dǎo)體材料是信息技術(shù)領(lǐng)域中兩類非常重要的材料，而磁學(xué)和半導(dǎo)體物理學(xué)是固體物理學(xué)的兩大重要分支。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(gè)非常重要的分支領(lǐng)域，無(wú)論從實(shí)際應(yīng)用上還是從基礎(chǔ)物理學(xué)上講都是非常有意義的。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/磁體三層結(jié)構(gòu)制備成功，磁體/半導(dǎo)體超晶格的研制也取得了進(jìn)展。但是，一般的鐵磁/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料都是在半導(dǎo)體單晶襯底材料上外延生長(zhǎng)上一層磁性材料薄膜，這樣就很難控制所生長(zhǎng)的鐵磁性薄膜的形貌。本發(fā)明利用多孔硅的特殊的表面形貌來(lái)調(diào)制沉積在其上面的鐵磁性薄膜，使薄膜呈網(wǎng)狀納米陣列結(jié)構(gòu)，同時(shí)在調(diào)制薄膜形貌的同時(shí)使之具有特殊的物理性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，是以多孔硅為基底，利用物理氣相沉積的方式制備網(wǎng)狀納米陣列錳銻鐵磁性薄膜，使生長(zhǎng)出的鐵磁性薄膜由許多直徑范圍在幾百個(gè)納米的磁環(huán)構(gòu)成，由于磁環(huán)之間的耦合作用，使生長(zhǎng)出的鐵磁性錳銻薄膜的矯頑力大幅度下降。
本發(fā)明提供一種制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，其特征在于，包括如下步驟1)選擇基底材料，選擇錳金屬和銻金屬為源；2)將基底材料和錳、銻源材料送入生長(zhǎng)爐；3)抽真空，控制錳源和銻源的溫度和生長(zhǎng)時(shí)間；4)退火；5)完成薄膜的制備工藝。
其中抽真空至真空度優(yōu)于10-5mbar，控制錳源的溫度在800℃-900℃；控制銻源的溫度在400℃-500℃，生長(zhǎng)時(shí)間控制在60min-180min。
其中基底選擇的是多孔硅。
其中多孔硅為單晶Si經(jīng)電化學(xué)腐蝕處理得到。
其中的退火是指氮?dú)獗Ｗo(hù)下的退火，退火溫度范圍200℃-400℃，退火時(shí)間為20-60min。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖1是網(wǎng)狀納米陣列錳銻鐵磁性薄膜的XRD衍射譜圖；圖2是網(wǎng)狀納米陣列錳銻鐵磁性薄膜的SEM圖像；圖3是網(wǎng)狀納米陣列錳銻鐵磁性薄膜的磁滯回線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的對(duì)象是一種制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法。錳銻是一種常用的磁光材料，廣泛應(yīng)用于各種磁光器件中，并且研究發(fā)現(xiàn)錳銻與半導(dǎo)體材料結(jié)合能產(chǎn)生一些特別的性質(zhì)。錳銻是鐵磁/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料中常用的鐵磁性薄膜。一般是在半導(dǎo)體單晶襯底上生長(zhǎng)錳銻鐵磁性薄膜，而本發(fā)明是在多孔硅上通過物理氣相沉積的方式生長(zhǎng)錳銻鐵磁性薄膜，通過襯底的調(diào)制作用使生長(zhǎng)出的薄膜具網(wǎng)狀納米陣列結(jié)構(gòu)，薄膜由許多直徑范圍在幾百個(gè)納米的磁環(huán)構(gòu)成，磁環(huán)是由直徑在幾十到上百納米不等的顆粒組成。這種特殊結(jié)構(gòu)的錳銻鐵磁性薄膜為以后的器件制造開創(chuàng)了一條新的思路，如可利用其實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)；利用非易失性邏輯門將磁場(chǎng)方向的改變通過電壓方向的改變來(lái)輸出和讀取；利用自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管，通過鐵磁電極實(shí)現(xiàn)晶體管中載流子的自旋方向與外磁場(chǎng)一致；利用磁場(chǎng)感應(yīng)器使磁場(chǎng)的改變通過電流的改變來(lái)輸出和讀取；利用自旋閥晶體管通過基底的磁狀態(tài)來(lái)控制晶體管的接收端的電流；利用自旋共振隧道二極管將自旋與傳統(tǒng)的共振隧道二極管結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電子的能量和自旋的二維控制，等等。由于這種鐵磁性薄膜的矯頑力比同種類的其它結(jié)構(gòu)的薄膜小，更容易磁化，所以器件的靈敏度會(huì)得到提高。
本發(fā)明提供的一種制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，包括如下步驟1)選擇基底材料，選擇錳金屬和銻金屬為源，該基底選擇的是多孔硅，該多孔硅為單晶Si經(jīng)電化學(xué)腐蝕處理得到；2)將基底材料和錳、銻源材料送入生長(zhǎng)爐；3)抽真空，控制錳源和銻源的溫度和生長(zhǎng)時(shí)間，其中抽真空至真空度優(yōu)于10-5mbar，控制錳源的溫度在800℃-900℃；控制銻源的溫度在400℃-500℃，生長(zhǎng)時(shí)間控制在60min-180min；4)退火，其中的退火是指氮?dú)獗Ｗo(hù)下的退火，退火溫度范圍200℃-400℃，退火時(shí)間為20-60min；5)完成薄膜的制備工藝。
實(shí)施例11、采用單晶硅經(jīng)HF電解腐蝕的方法形成多孔硅，其中電解液采用經(jīng)乙醇稀釋的濃度為12％的HF溶液，電解時(shí)的電流密度為10mA/cm2，電解時(shí)間為30min。
2、采用高純的錳金屬和銻金屬為源，步驟1中所述的多孔硅為基底，通過物理氣相沉積在生長(zhǎng)爐中制備錳銻鐵磁性薄膜，抽真空抽真空至真空度優(yōu)于10mbar，控制錳源的溫度在800℃℃，銻源的溫度在400℃，生長(zhǎng)時(shí)間控制在60min；退火，所述的退火是氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下的退火，退火溫度范圍200℃，時(shí)間為20。
3、經(jīng)X-ray衍射分析，衍射譜(圖1)中只有錳銻相所對(duì)應(yīng)的峰。
4、經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)觀測(cè)，薄膜是由許多直徑范圍在幾百個(gè)納米的磁環(huán)構(gòu)成，磁環(huán)是由直徑在幾十到上百納米不等的顆粒組成(圖2)。
5、經(jīng)交變梯度磁強(qiáng)計(jì)(AGM)測(cè)量分析，這種網(wǎng)狀納米陣列錳銻薄膜顯示室溫鐵磁性(圖3)，并且其矯頑力比在相同條件下生長(zhǎng)在單晶硅上的薄膜有很大幅度的下降。
實(shí)施例21、采用單晶硅經(jīng)HF電解腐蝕的方法形成多孔硅，其中電解液采用經(jīng)乙醇稀釋的濃度為12％的HF溶液，電解時(shí)的電流密度為10mA/cm2，電解時(shí)間為30min。
2、采用高純的錳金屬和銻金屬為源，1中所述的多孔硅為基底，通過物理氣相沉積在生長(zhǎng)爐中制備錳銻鐵磁性薄膜，抽真空抽真空至真空度優(yōu)于7mbar，，控制錳源的溫度在850℃，銻源的溫度在450℃，生長(zhǎng)時(shí)間控制在120min，退火，所述的退火是氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下的退火，退火溫度范圍300℃，時(shí)間為40min。
3、經(jīng)X-ray衍射分析，衍射譜(圖1)中只有錳銻相所對(duì)應(yīng)的峰。
4、經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)觀測(cè)，薄膜是由許多直徑范圍在幾百個(gè)納米的磁環(huán)構(gòu)成，磁環(huán)是由直徑在幾十到上百納米不等的顆粒組成(圖2)。
5、經(jīng)交變梯度磁強(qiáng)計(jì)(AGM)測(cè)量分析，這種網(wǎng)狀納米陣列錳銻薄膜顯示室溫鐵磁性(圖3)，并且其矯頑力比在相同條件下生長(zhǎng)在單晶硅上的薄膜有很大幅度的下降。
實(shí)施例31、采用單晶硅經(jīng)HF電解腐蝕的方法形成多孔硅，其中電解液采用經(jīng)乙醇稀釋的濃度為12％的HF溶液，電解時(shí)的電流密度為10mA/cm2，電解時(shí)間為30min。
2、采用高純的錳金屬和銻金屬為源，1中所述的多孔硅為基底，通過物理氣相沉積在生長(zhǎng)爐中制備錳銻鐵磁性薄膜，抽真空抽真空至真空度優(yōu)于5mbar，，控制錳源的溫度在900℃，銻源的溫度在500℃，生長(zhǎng)時(shí)間控制在180min，退火，所述的退火是氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下的退火，退火溫度范圍400℃，時(shí)間為60min。
3、經(jīng)X-ray衍射分析，衍射譜(圖1)中只有錳銻相所對(duì)應(yīng)的峰。
4、經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)觀測(cè)，薄膜是由許多直徑范圍在幾百個(gè)納米的磁環(huán)構(gòu)成，磁環(huán)是由直徑在幾十到上百納米不等的顆粒組成(圖2)。
5、經(jīng)交變梯度磁強(qiáng)計(jì)(AGM)測(cè)量分析，這種網(wǎng)狀納米陣列錳銻薄膜顯示室溫鐵磁性(圖3)，并且其矯頑力比在相同條件下生長(zhǎng)在單晶硅上的薄膜有很大幅度的下降。
權(quán)利要求
1.一種制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，其特征在于，包括如下步驟1)選擇基底材料，選擇錳金屬和銻金屬為源；2)將基底材料和錳、銻源材料送入生長(zhǎng)爐；3)抽真空，控制錳源和銻源的溫度和生長(zhǎng)時(shí)間；4)退火；5)完成薄膜的制備工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，其特征在于，其中抽真空至真空度優(yōu)于10-5mbar，控制錳源的溫度在800℃-900℃；控制銻源的溫度在400℃-500℃，生長(zhǎng)時(shí)間控制在60min-180min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，其特征在于，其中基底選擇的是多孔硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，其特征在于，其中多孔硅為單晶Si經(jīng)電化學(xué)腐蝕處理得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，其特征在于，其中的退火是指氮?dú)獗Ｗo(hù)下的退火，退火溫度范圍200℃-400℃，退火時(shí)間為20-60min。
全文摘要
本發(fā)明一種制備網(wǎng)狀納米陣列鐵磁性薄膜的物理氣相沉積方法，其特征在于，包括如下步驟1)選擇基底材料，選擇錳金屬和銻金屬為源；2)將基底材料和錳、銻源材料送入生長(zhǎng)爐；3)抽真空，控制錳源和銻源的溫度和生長(zhǎng)時(shí)間；4)退火；5)完成薄膜的制備工藝。
文檔編號(hào)C23C14/14GK101089219SQ20061001224
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者戴瑞烜, 陳諾夫, 彭長(zhǎng)濤, 王鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所