[发明专利]一种制备铝、钴共掺氧化锌薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料生长领域，涉及采用溶胶凝胶方法制备铝、钴共掺氧化锌薄膜。

背景技术

近年来凝聚态系统中的自旋动力学行为以及自旋量子器件的应用研究是当前凝聚态物理、信息科学及新材料等诸多学科领域共同关注的热点之一, 目前已逐渐发展成为一个崭新的领域—自旋电子学。由于其在自旋量子计算机、自旋晶体管以及自旋记忆装置等多种未来新型的基于自旋特征的量子器件上的潜在应用价值, 因而近年来倍受科学界和电子工业界的关注。在自旋电子器件研究系统中，铁磁性半导体被认为是下一代利用电子的自旋自由度制作微电子器件的主要材料。其中最受瞩目的是稀磁 (或半磁) 半导体，其作法是将过渡金属替代材料中的金属离子，使其产生自发的磁矩。

ZnO是一种宽禁带、直接带隙II-VI半导体材料，具有宽的带隙能量(3.37eV)及较大的激子束缚能（60meV），是一种具有很大潜在应用价值的紫外半导体光电器件材料。

目前， 国内外报道的有关Al、Co共掺杂ZnO材料的制备技术主要采用分子束外延（MBE）,磁控溅射以及脉冲气相沉积等方法，这些技术主要存在的问题是操作复杂，成本高，实验设计不灵活，制备周期长等。

发明内容

为了解决上述背景技术中由于操作复杂，成本高，实验设计不灵活，制备周期长等问题。我们采用溶胶凝胶方法。本发明的目的是提供了利用溶胶凝胶方法生长Al、Co共掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的制备方法。

为了更清楚地理解本发明，下面详述Al、Co共掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的制备过程。

(a) Zn(NO₃)₂·6H₂O, Al(NO₃)₃·9H₂O, Co(NO₃)₂·6H₂O 和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)原料，以无水乙醇为溶剂，按一定比例配置成溶胶。使得Co^2＋浓度保持在0.001～0.002 mol/l，调节Al离子的浓度为0.001 ～0.003mol/l。 

(b) 经步骤（a）所配成的溶胶在2000转/分钟的转速下在清洗过的衬底上旋涂成膜，把所得薄膜放入100℃的烘箱中10min，以除去有机溶剂。 

(c)然后把经步骤（b）的薄膜在300℃～400℃下氧气气氛中热处理20min，除去薄膜中的有机成分。上述过程可以重复3～12次，以得到需要的厚度。

(d)最后经过步骤（c）的薄膜在700℃～900℃的高温晶化1h，得到所需样品。

本发明具备以下优点：制品的均匀性好，尤其是多组分体系，其均匀度可以达到分子或原子尺度；制品的纯度高，由于可使用高纯度原料，而且溶剂在处理工程中易被除去；方法简单，易于制备大面积的薄膜；反应过程及凝胶的微观结构都易于控制，大大减少支反应；所选择的材料体系新，是国际上研究的热点；可以灵活设计及实现铝、钴共掺氧化锌薄膜生长；不仅适合于科学研究，而且适合于大规模工业生产。

具体实施方式

实施例1 

用溶胶凝胶方法制备铝、钴共掺氧化锌薄膜。

首先以Zn(NO3)₂·6H₂O, Al(NO₃)₃·9H₂O, Co(NO₃)₂·6H₂O 和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料，以无水乙醇为溶剂，按一定比例配置成溶胶。使得Co^2＋浓度保持在0.001 mol/l，调节Al离子的浓度为0.0015mol/l， 然后在2000转/分钟的转速下在清洗过的衬底上旋涂成膜，把所得薄膜放入100℃的烘箱中10min，以除去有机溶剂，并在300℃下氧气气氛中热处理20min，除去薄膜中的有机成分。上述过程可以重复多次，以得到需要的厚度，最后在700℃的高温晶化1h，得到所需样品。

生长样品的X-射线衍射(XRD)谱表明：所有的衍射峰都属于六角纤锌矿ZnO结构，掺杂并没有引起明显的结构变化；样品的X－射线光电子能谱（XPS）表明Co离子是呈+2价的，Al离子是呈+3价的。

实施例2 

用溶胶凝胶方法制备铝、钴共掺氧化锌薄膜。