大计量离子注入法制备磁体/半导体混杂结构的方法技术

大计量离子注入法制备磁体／半导体混杂结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：　　　　选择半导体材料为衬底；　　　　在半导体衬底中直接进行大计量离子注入；　　　　退火，使得磁性团族均匀分布于衬底中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种半导体衬底上制备磁体/半导体混杂结构的新方法，从一个新的角度来进行材料的制备和相关器件方面的应用。
技术介绍
现代信息行业主要是利用半导体中电子的电荷自由度处理、传输信息以及磁性材料中电子的自旋自由度来存储信息，如何制备将这两种性质结合起来的新型材料结构将是下一步发展的目标。人类利用电子的荷电性在半导体芯片上创造了今天的信息时代，电子自旋极化输运研究将带来的又是一片广阔的天地。迄今为止，电子自旋极化输运的研究是基于铁磁性金属化合物/半导体异质结构，然而这一结构方式因为两种材料结构的不同，而难以得到良好的界面，使得基于这种结构方式的研究受到很大限制。而大计量离子注入法可以制备具室温铁磁性转变温度的磁性团族分布于半导体中，形成磁体/半导体混杂结构就可以很好地解决这一问题，必将在集成电路中得到广泛应用，因此对其进行制备和研究具有重要意义。离子束外延技术的一个优点是利用磁分析器的离子提纯分析功能，在超高真空条件下可制备其它工艺不易实现的、难提纯、难化合、易氧化的特殊材料。对于Mn元素，使用该设备可以使离子达到同位素纯度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种，磁性材料和半导体材料是现代信息技术中不可缺少的两种材料，二者的结合对自旋电子学发展有着非常重要意义和极为广泛的应用前景。本专利技术，其特征在于，包括如下步骤选择半导体材料为衬底；在半导体衬底中直接进行大计量离子注入；退火，使得磁性团族均匀分布于衬底中。其中所述的衬底是所有半导体材料。其中注入离子包括过渡族金属离子或稀土金属离子。其中所述的退火是进行原位退火，或进行快速退火。其中退火温度为200℃-1000℃，退火时间为10秒-2小时。其中磁性团族包括注入的磁性离子在衬底中形成的磁性团族，及注入离子与衬底的组分相结合生成的铁磁性团族。其中离子注入是通过采用高能离子注入，或者低能离子注入方式。附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1是样品的XRD分析得到的组份变化图；图2是运用梯度样品磁强计进行磁性分析结果图。具体实施例方式本专利技术，其特征在于，包括如下步骤选择半导体材料为衬底，该衬底是所有半导体材料；在半导体衬底中直接进行大计量离子注入，该离子注入包括过渡族金属离子或稀土金属离子，离子注入是通过采用高能离子注入，或者低能离子注入方式；退火，使得磁性团族均匀分布于衬底中，该退火是进行原位退火，或进行快速退火，退火温度为200℃-1000℃，退火时间为10秒-2小时，其中磁性团族包括注入的磁性离子在衬底中形成的磁性团族，及注入离子与衬底的组分相结合生成的铁磁性团族。用于进行电子极化输运性质研究的铁磁性金属化合物/半导体异质结构因为两种材料体系的不同而难以得到良好的界面，使得这两种材料结构的研究受到很大的限制。而通过采用大计量离子注入法制备的磁体/半导体混杂结构就可以很好的解决这些问题。具有高于室温铁磁性转变温度的磁性团族分散于半导体中，可以避免两种材料结构的不同，而不能够得到良好的界面，必将在集成电路中得到广泛应用。因此对其进行研究和制备具有重要意义。1、大计量离子注入法制备的磁体/半导体混杂结构，选择半导体材料为衬底，然后在半导体衬底中直接进行大计量离子注入，通过控制退火的温度和时间使得磁性团族均匀分布于衬底中。2、磁性团族包括注入离子与衬底的组分相结合生成，及注入的具有铁磁性的离子在衬底中形成的磁性团族。3、衬底可以是所有半导体材料。4、磁体/半导体混杂结构的制备方法(1)以任一半导体，例如硅、砷化镓、锑化镓、氮化镓等单晶为衬底。(2)根据衬底材料的不同，选择注入离子的计量、退火的温度及时间，使生成的磁性团族均匀分布于衬底材料中。(3)衬底材料可以选择不同取向的单晶片，或者是结合其他生长方式如分子束外延等将多种材料结合在一起。实施例1、以半绝缘性GaAs(100)单晶片为衬底；2、运用离子束外延设备，衬底温度为室温～600℃、离子注入计量7.5×1017Mn+/cm2～7.5×1016Mn+/cm2、能量为1000eV进行注入；3、在400℃温度条件下，经过02分钟退火后样品的XRD分析得到的组份变化如图1所示，运用梯度样品磁强计进行磁性分析如图2所示。说明通过退火可以改变组份，进而改变样品的磁性强弱。专利技术与
技术介绍
相比所具有的有意义的效果与其它制备稀磁半导体/半导体异质结构的方法相比，本专利技术涉及到的磁体/半导体混杂结构制备方法简单。并且可以避免铁磁性金属化合物/半导体异质结构因结构不同，而不能够得到好的界面这一缺点，对其进行制备和研究具有重要意义。实现专利技术的最好方式(1)实现专利技术的主要设备离子注入设备样品退火设备(带有温度控制系统及气氛保护的快速退火炉或普通退火炉)(2)根据生长设备的具体情况，对生长技术路线进行适当调整。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大计量离子注入法制备磁体/半导体混杂结构的方法，其特征在于，包括如下步骤选择半导体材料为衬底；在半导体衬底中直接进行大计量离子注入；退火，使得磁性团族均匀分布于衬底中。2.根据权利要求1所述的大计量离子注入法制备磁体/半导体混杂结构的方法，其特征在于，其中所述的衬底是所有半导体材料。3.根据权利要求1所述的大计量离子注入法制备磁体/半导体混杂结构的方法，其特征在于，其中注入离子包括过渡族金属离子或稀土金属离子。4.根据权利要求1所述的大计量离子注入法制备磁体/半导体混杂结构的方法，其特征在于，其中所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋书林，陈诺夫，周剑平，杨少延，刘志凯，柴春林，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：