一种高温Si制造技术

本发明专利技术提供了一种高温Si1‑

【技术实现步骤摘要】
一种高温Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及磁性半导体材料
，尤其是涉及一种高温Si1‑
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Ge
x
Fe
y
稀磁半导体薄膜、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]由于电子的电荷和自旋自由度可以同时被操纵以进行信息处理和存储，所以在过去的二十多年中稀磁半导体得到了广泛的关注和研究。除了研究最为广泛的III
‑
V族稀磁半导体(如(Ga，Mn)As)外，IV族稀磁半导体因其与当前成熟的Si集成技术兼容而受到特别关注。在传统半导体工业中，Si一直是最基础的研究材料。过渡族金属元素掺杂IV族基半导体可以与现有的Si基微电子器件相集成，因此，对于现代半导体工业的研究和集成，IV族基稀磁半导体具有更广泛研究。
[0003]对于IV族稀磁半导体，大多数研究主要集中在Mn掺杂的IV族半导体，然而Mn掺杂的IV族半导体在生长过程中容易发生旋节线分解形成与Mn相关的团簇或第二相析出物，如Ge3Mn5、Ge8Mn
11
、GeMn
3.4
和Si
1.7
Mn。另一方面，在掺杂Fe的IV族稀磁半导体中很少观察到与Fe相关的团簇或第二相析出物，因为Fe在IV族半导体中形成团簇的趋势比Mn在IV族半导体中形成团簇的趋势小。但是，目前为止，掺杂Fe的IV族稀磁半导体主要通过分子束外延生成的，此种分子束外延方法，存在工艺复杂，样品制备周期长且不利于规模生长样品等问题。而且现有方法制备的掺杂Fe的IV族稀磁半导体的居里温度值仍然较低，通常小于250K，这对于实际的应用是不利的。所以探索一种新的制备Fe掺杂IV族稀磁半导体的方法是相当必要的。事实上，具有较高居里温度的Fe掺杂IV族稀磁半导体也更值得期待。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种高温Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜的制备方法。本专利技术的制备方法制备的Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜各元素分布均匀，具有良好的结晶性，并且其居里温度随着铁元素含量的增加而升高，最高可达294K。本专利技术提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供的一种高温Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1：对本征Ge衬底进行清洗和去除表面氧化物；
[0008]S2：将处理过的Ge衬底、高纯硅靶、高纯锗靶和高纯铁靶放入背景压强为10
‑5Pa的射频多靶共溅磁控溅射生长室中，使薄膜在0.35Pa的高纯氩气气氛中生长；且在生长过程中，保持衬底温度在250℃，并持续旋转；
[0009]S3：在薄膜生长过程中，首先在Ge衬底上生长50nm厚度的Ge缓冲层，然后在Ge缓冲层上生长150nm厚度的Si1‑
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Ge
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Fe
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薄膜；生长结束后，自然冷却到室温，得到沉积的Si1‑
x
Ge
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Fe
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薄膜；
[0010]S4：用快速退火炉在混合气体气氛下对沉积的Si1‑
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Ge
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Fe
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薄膜进行退火处理。
[0011]根据一种优选实施方式，在步骤S1中，还包括：用去离子水、无水乙醇和丙酮清洗本征Ge衬底，以及用2.5％的HF水溶液去除表面氧化物。
[0012]根据一种优选实施方式，在步骤S2中，衬底加热至250℃后至少保温1h后开始溅射。
[0013]根据一种优选实施方式，在步骤S4中，所述混合气体气氛为5％H2和95％Ar的混合气体气氛。
[0014]根据一种优选实施方式，在步骤S4中，退火过程包括：将生长薄膜以1600℃/min的加热速率加热至800℃，然后在800℃下退火0.5min，最后在1min内冷却至室温，得到Si1‑
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Ge
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Fe
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薄膜。
[0015]根据一种优选实施方式，所述的高纯硅靶为硅的质量分数大于等于99.9999％的硅靶；所述的高纯锗靶为锗的质量分数大于等于99.999％的锗靶；所述的高纯铁靶为铁的质量分数大于等于99.95％的铁靶；所述的高纯氩气为氩气的体积分数大于等于99.999％的氩气。
[0016]根据一种优选实施方式，所制备的Si1‑
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Ge
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Fe
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薄膜中，0.7≤x≤0.8，y≤0.05。
[0017]根据一种优选实施方式，所制备的Si1‑
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Ge
x
Fe
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薄膜中，x＝0.75，y＝0.01、0.025或0.05。
[0018]本专利技术还提供了一种高温Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜，所述Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜是由所述的制备方法制备而成，所述Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜的居里温度最高能够达到294K。
[0019]本专利技术还提供了所述的高温Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜在磁性半导体领域的应用。
[0020]基于上述技术方案，本专利技术的一种高温Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜、制备方法及其应用至少具有如下技术效果：
[0021]本专利技术的高温Si1‑
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Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜的制备方法使用硅靶、锗靶和铁靶采用射频磁控溅射共溅射得到沉积的Si1‑
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Ge
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Fe
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薄膜，然后采用快速退火的方法对沉积Si1‑
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Ge
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薄膜进行退火得到Si1‑
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Ge
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稀磁半导体薄膜。本专利技术的制备方法能够快速制备出Si1‑
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稀磁半导体薄膜，且具有重复性高、产品质量好以及成本低的优点。
[0022]本专利技术的制备方法制备的Si1‑
x
Ge...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温Si1‑
x
Ge
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Fe
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稀磁半导体薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对本征Ge衬底进行清洗和去除表面氧化物；S2：将处理过的Ge衬底、高纯硅靶、高纯锗靶和高纯铁靶放入背景压强为10
‑5Pa的射频多靶共溅磁控溅射生长室中，使薄膜在0.35Pa的高纯氩气气氛中生长；且在生长过程中，保持衬底温度在250℃，并持续旋转；S3：在薄膜生长过程中，首先在Ge衬底上生长50nm厚度的Ge缓冲层，然后在Ge缓冲层上生长150nm厚度的Si1‑
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Ge
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Fe
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薄膜；生长结束后，自然冷却到室温，得到沉积的Si1‑
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Ge
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Fe
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薄膜；S4：用快速退火炉在混合气体气氛下对沉积的Si1‑
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薄膜进行退火处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括：用去离子水、无水乙醇和丙酮清洗本征Ge衬底，以及用2.5％的HF水溶液去除表面氧化物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，衬底加热至250℃后至少保温1h后开始溅射。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述混合气体气氛为5％H2和95％Ar的混合气体气氛。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，退火过程包括：将生长薄膜以1600℃/min的加热速率加热至800℃，然后在800℃下退火0.5min...

【专利技术属性】
技术研发人员：向钢，张析，李加飞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：