專利名稱：一種增加閃鋅礦結(jié)構(gòu)銻化鉻厚度的生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子學器件技術(shù)領(lǐng)域，閃鋅礦結(jié)構(gòu)CrSb(zb-CrSb)半金屬鐵磁體的生長方法，特別涉及增加zb-CrSb厚度的生長方法。
背景技術(shù)：
由于目前以電子電荷為基礎(chǔ)的電子學即將達到其技術(shù)極限，全世界的科學家紛紛把電子學研究的目光投向自旋電子學的研究。自旋電子學的基本原理是，通過控制電子的自旋方向或者同時利用電子的電荷和自旋兩個自由度來進行信息存儲和處理。與傳統(tǒng)的半導體器件相比，自旋電子學器件具有非易失性、數(shù)據(jù)處理速度更快、降低功率損耗以及集成密度高等優(yōu)點。制造自旋電子學器件的關(guān)鍵在于實現(xiàn)室溫下有效自旋極化電流注入半導體。如果這一關(guān)鍵技術(shù)得以解決，將可能引發(fā)電子學與信息產(chǎn)業(yè)的一場新的革命，市場前景不可估量。
室溫下有效自旋極化電流注入半導體可以通過半金屬鐵磁體zb-CrSb來實現(xiàn)，因為zb-CrSb的鐵磁轉(zhuǎn)變溫度達到400K以上，其自旋極化率達到100％，同時它還能與現(xiàn)有的III-V半導體很好的兼容。但是目前為止zb-CrSb的厚度只能達到～1nm，這嚴重限制了它的應用。理論研究表明，晶格失配是無法得到更厚的zb-CrSb的關(guān)鍵原因。
要制備更厚的zb-CrSb，生長過程中緩沖層的選擇是關(guān)鍵。迄今為止，zb-CrSb都是在GaAs襯底上利用低溫分子束外延技術(shù)生長的，由于GaAs與zb-CrSb之間存在大的晶格失配，導致zb-CrSb的厚度只能達到～1nm，超過這個厚度就會形成第二相。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種增加zb-CrSb厚度的生長方法，不需要增加其它附加技術(shù)，具有簡單、方便和易實現(xiàn)的優(yōu)點。
一種利用InGaAs作為緩沖層來增加半金屬鐵磁體閃鋅礦結(jié)構(gòu)銻化鉻(zb-CrSb)厚度的分子束外延生長方法，包括分子束外延生長系統(tǒng)、源爐溫度控制系統(tǒng)、元素固體源、GaAs襯底、反射試高能電子衍射槍(RHEED)、超導量子干涉儀(SQUID)，利用分子束外延系統(tǒng)生長制備zb-CrSb樣品，通過SQUID測量zb-CrSb的基本磁性質(zhì)，從極低溫下zb-CrSb的磁滯回線得到飽和磁矩，并由此來計算zb-CrSb的厚度。
所述的生長方法，采用分子束外延技術(shù)在GaAs襯底上生長InGaAs緩沖層。
所述的生長方法，利用低溫分子束外延技術(shù)在InGaAs緩沖層生長zb-CrSb樣品，達到增加zb-CrSb厚度的目的。
所述的生長方法，用RHEED監(jiān)控生長，確保得到的CrSb化合物為閃鋅礦結(jié)構(gòu)。
所述的生長方法，從極低溫下zb-CrSb的磁滯回線得到飽和磁矩，并由此來計算zb-CrSb的厚度。
元素固體源包括Ga、As、In、Cr、Sb。
利用InGaAs作為緩沖層提高具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的半金屬鐵磁體CrSb的厚度的生長方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1利用分子束外延技術(shù)在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層；步驟2利用分子束外延技術(shù)在GaAs緩沖層上生長InGaAs緩沖層；步驟3利用低溫分子束外延技術(shù)在InGaAs緩沖層上生長zb-CrSb；步驟4利用超導量子干涉儀(SQUID)測量zb-CrSb在低溫下(～5K)和室溫以上(300K)的磁滯回線，用低溫下得到的飽和磁矩計算zb-CrSb的厚度。
本發(fā)明的有益效果是只需要利用InGaAs作為緩沖層就可以提高zb-CrSb的厚度，不需要增加其它附加技術(shù)，具有簡單、方便、易實現(xiàn)的優(yōu)點。


下面結(jié)合附圖，通過對具體實例的詳盡描述對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明，其中圖1是利用分子束外延技術(shù)制備的zb-CrSb樣品結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為zb-CrSb樣品在5K和300K時的磁滯回線圖；圖3一個具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的CrSb樣品在5K和300K時的磁滯回線在零磁場附近的放大圖。
具體實施例方式
我們利用分子束外延技術(shù)生長制備了zb-CrSb樣品，其結(jié)構(gòu)見附圖1。首先在經(jīng)過清洗、除氣和脫氧的半絕緣GaAs襯底上生長厚度約為100nm的GaAs緩沖層來平滑襯底表面，生長溫度為580℃。接著將襯底溫度降至520℃，生長約400nm左右的InGaAs緩沖層。最后利用低溫分子束外延技術(shù)生長一層zb-CrSb，生長溫度為250℃。整個生長過程使用反射式高能電子衍射原位監(jiān)控生長界面前沿，以保證生長制備的CrSb化合物為閃鋅礦結(jié)構(gòu)。利用SQUID測量zb-CrSb的基本磁性質(zhì)。
圖2給出了溫度為300K和5K時zb-CrSb的磁滯回線，溫度為300K時形狀完好的磁滯回線說明zb-CrSb樣品鐵磁轉(zhuǎn)變溫度達到室溫以上。從溫度為5K時的飽和磁矩，可以計算得到zb-CrSb樣品的厚度達到～3nm，遠遠大于用GaAs緩沖層得到的zb-CrSb樣品的厚度(～1nm)。
圖3的插圖是磁滯回線在零磁場附近的放大圖，可以看到300K時磁滯回線非常明顯，進一步說明得到的zb-CrSb具有室溫以上的鐵磁性。
這些實驗結(jié)果表明，利用這一生長方法可以提高zb-CrSb的厚度。
本發(fā)明的特色只需要使用InGaAs緩沖層，就可以提高zb-CrSb的厚度。不需要增加其它附加技術(shù)，簡單、方便、易實現(xiàn)。
能夠?qū)崿F(xiàn)上述發(fā)明目的的方法包括一個分子束外延生長系統(tǒng)、源爐溫度控制系統(tǒng)、五種元素固體源(包括Ga、As、In、Cr、Sb)、GaAs襯底、反射式高能電子衍射槍、SQUID測量系統(tǒng)。
本發(fā)明一種利用InGaAs作為緩沖層提高zb-CrSb的厚度的生長方法，包括如下步驟步驟1利用分子束外延技術(shù)在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層；步驟2利用分子束外延技術(shù)在GaAs緩沖層上生長InGaAs緩沖層；
步驟3利用低溫分子束外延技術(shù)在InGaAs緩沖層上生長具有zb-CrSb；步驟4利用超導量子干涉儀(SQUID)測量zb-CrSb在低溫下(～5K)和室溫以上(300K)的磁滯回線，用低溫下得到的飽和磁矩可以估算zb-CrSb的厚度。
測量表明在InGaAs緩沖層上生長的zb-CrSb的鐵磁轉(zhuǎn)變溫度達到300K以上；計算發(fā)現(xiàn)在InGaAs緩沖層上生長的zb-CrSb的厚度比在GaAs緩沖層上生長得到的zb-CrSb的厚度要大的多。
權(quán)利要求
1.一種利用InGaAs作為緩沖層來增加半金屬鐵磁體閃鋅礦結(jié)構(gòu)銻化鉻厚度的分子束外延生長方法，包括分子束外延生長系統(tǒng)、源爐溫度控制系統(tǒng)、元素固體源、GaAs襯底、反射試高能電子衍射槍、超導量子干涉儀，利用分子束外延系統(tǒng)生長制備zb-CrSb樣品，通過SQUID測量zb-CrSb的基本磁性質(zhì)，從極低溫下zb-CrSb的磁滯回線得到飽和磁矩，并由此來計算zb-CrSb的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長方法，其特征是，采用分子束外延技術(shù)在GaAs襯底上生長InGaAs緩沖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長方法，其特征是，利用低溫分子束外延技術(shù)在InGaAs緩沖層生長zb-CrSb樣品，達到增加zb-CrSb厚度的目的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長方法，其特征是，用RHEED監(jiān)控生長，確保得到的CrSb化合物為閃鋅礦結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長方法，其特征是，從極低溫下zb-CrSb的磁滯回線得到飽和磁矩，并由此來計算zb-CrSb的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長方法，其步驟如下步驟1利用分子束外延技術(shù)在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層；步驟2利用分子束外延技術(shù)在GaAs緩沖層上生長InGaAs緩沖層；步驟3利用低溫分子束外延技術(shù)在InGaAs緩沖層上生長zb-CrSb；步驟4利用超導量子干涉儀測量zb-CrSb在低溫下和室溫以上的磁滯回線，用低溫下得到的飽和磁矩計算zb-CrSb的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長方法，其特征是，元素固體源包括Ga、As、In、Cr、Sb。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子學器件技術(shù)領(lǐng)域，利用InGaAs作為緩沖層來增加半金屬鐵磁體閃鋅礦結(jié)構(gòu)銻化鉻(zb－CrSb)厚度的分子束外延生長方法。包括分子束外延生長系統(tǒng)、源爐溫度控制系統(tǒng)、五種元素固體源(包括Ga、As、In、Cr、Sb)、GaAs襯底、反射式高能電子衍射槍、超導量子干涉儀(SQUID)。利用分子束外延系統(tǒng)生長制備zb－CrSb樣品。通過SQUID測量zb－CrSb的基本磁性質(zhì)。從極低溫下zb－CrSb的磁滯回線得到飽和磁矩，并由此來計算zb－CrSb的厚度。
文檔編號H01L21/02GK1866465SQ200510072978
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者趙建華, 鄧加軍, 畢京峰, 牛智川, 楊富華, 吳曉光, 鄭厚植 申請人:中國科學院半導體研究所