[发明专利]一种Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种稀磁半导体制备技术领域，具体涉及一种Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)称取适量的锌源和锰源粉末，球磨混合均匀；2)将混合粉末掺入有机粘合剂并调和均匀，压制成圆饼状复合物；3)将圆饼状复合物在400‑1100℃的条件下进行煅烧6‑8小时，冷却至室温得到Znsubgt;1‑x/subgt;Mnsubgt;x/subgt;O靶材；4)清洗衬底；5)上衬底；6)调控直流磁控溅射装置，对衬底进行磁控溅射靶材进行镀膜，镀膜结束后，冷却至室温，得到Znsubgt;1‑x/subgt;Mnsubgt;x/subgt;O稀磁半导体薄膜。本发明首次使用石墨烯片作为衬底材料，制备了Znsubgt;1‑/subgt;subgt;x/subgt;Mnsubgt;x/subgt;O稀磁半导体薄膜；采用直流磁控溅射技术，使靶材材料和衬底更加均匀，Znsubgt;1‑x/subgt;Mnsubgt;x/subgt;O复合膜更加稳定；且其铁磁性和光致发光性能优异。

技术领域

本发明涉及一种稀磁半导体制备技术领域，具体涉及一种Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的制备领域。

背景技术

自旋电子学(Spintronics)是一门新兴的学科，它是利用电子的电荷和自旋两个自由度作为信息的载体，进而实现信息的传输、处理和存储，目前已成为电子学、物理以及材料等多学科交叉研究中的热点之一，作为关键材料的稀磁半导体的研究备受关注。稀磁半导体(Dilution Magnetic Semiconductor，DMS)，也称半磁半导体(Semi-magneticSemiconductor)，是指在Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族等化合物中，由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的新的一类半导体材料。这类材料在自旋极化发光二极管、自旋极化场效应管、高密度非挥发性存储器等自旋电子器件的制造方面有着重要的潜在应用，引起了国际上的广泛研究。

Lin等人用等离子体增强化学气相沉积技术(Plasma enhanced chemical vapordeposition technique，PECVD)在Si(001)衬底上制备了Zn_1-xMn_xO(x＝0，0.02，0.04)薄膜，其制备样品通过XRD检测没有发现杂相，但从M-H曲线可以看到所有的掺杂薄膜都存在室温铁磁性，而且随着Mn含量的增加，可以看到饱和磁化强度是减弱的。Cheng等人用射频磁控溅射(Radio frequency magnetron sputtering)的方法在蓝宝石()衬底上制备了Zn_1-xMn_xO(x≈0.07)薄膜，其结果通过布里渊函数(Brillouin function)拟合满足顺磁性条件。Elanchezhiyan等人研究了不同衬底对Zn_1-xMn_xO薄膜的影响，他们用射频磁控溅射的方法分别在Si(100)和蓝宝石Al₂O₃(0001)衬底上制备了Zn_1-xMn_xO(x＝0，0.05，0.10，0.15)薄膜，他们从室温M-H曲线中发现Si衬底上的薄膜表现出顺磁性，但蓝宝石衬底上的薄膜表现出铁磁性。

目前，虽然有许多文献对于Mn掺杂ZnO成膜进行研究，但是据发明人所知，目前还没有人采用强直流磁控溅射在石墨烯基底材料上制备Mn掺杂ZnO薄膜，而这样的掺杂，在后续的薄膜的光学性质中的光致发光中也表现出来优异的性能，这完全超出了我们的初始预期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的制备方法，具体是对ZnO进行Mn掺杂，该Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜在自旋极化发光二极管、自旋极化场效应管、高密度非挥发性存储器等自旋电子器件的制造方面有着重要的潜在应用，尤其是铁磁性能方面表现出了出乎意料的效果，具有很好的应用前景。

为了使本领域技术人员对本发明的技术方案有详细的了解，现对本发明的技术方案进行如下详细描述。

一种Mn掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的制备方法，包括以下步骤：