[发明专利]一种锰掺杂氧化镓基磁性陶瓷薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锰掺杂氧化镓基磁性陶瓷薄膜材料及其制备方法，涉及磁性半导体陶瓷材料技术领域。本发明首先通过制备Ga前驱溶液和Mn前驱溶液，然后将Ga和Mn前驱溶液按一定的比例充分混合形成GaMn前驱溶液，将GaMn前驱溶液旋涂到清洗后的单晶氧化铝基底上，然后在大于等于650℃的热处理条件和氧化性气氛中制备得到GaMnO磁性陶瓷薄膜。本发明的制备方法对环境要求低，不需要真空环境和密闭性，在空气中就能反应，因此极大的降低了成本，且方法简单易行，具有广阔的应用前景。本发明所制备的GaMnO磁性陶瓷薄膜具有较好的结晶性和结晶取向，具有较好的表面平整度以及高于400K的居里温度。

技术领域

本发明涉及磁性半导体陶瓷材料技术领域，尤其是涉及一种锰掺杂氧化镓基磁性陶瓷薄膜材料及其制备方法。

背景技术

近年来，提到宽禁带半导体，氧化镓逐渐走进人们的视线，氧化镓是一种直接带隙的半导体材料，禁带宽度(Eg)为4.2～4.9eV，由于其禁带宽度远大于GaN和SiC，所以被称为超宽禁带半导体材料，其导电性能和发光特性长期以来一直受到人们的关注。其中金属掺杂的氧化镓基磁性陶瓷在光电子器件、功率器件、气体传感器和半导体自旋器件等领域中的巨大应用潜力而引起了极大的关注。

目前，常规制备金属掺杂的氧化镓基磁性陶瓷薄膜的方法包括低压化学气相沉积、分子束外延、脉冲激光沉积、射频磁控溅射和溶胶-凝胶法等。然而低压化学气相沉积、分子束外延、脉冲激光沉积中和射频磁控溅射等方法需要在低压下精密的沉积，这些方法所涉及的设备会大大增加制备的成本，不利于大规模生产应用。溶胶-凝胶法制备的薄膜通常会发现普遍存在缺陷，例如孔洞和裂缝，薄膜任意的生长方向和不平坦的表面。且溶胶-凝胶溶液不稳定，两种金属粒子容易发生双水解，不利于日常生产。因此为了能与现有的集成电路工艺兼容且能够大规模应用于商业，有必要开发一种低成本的磁性陶瓷薄膜的制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰掺杂氧化镓基磁性陶瓷薄膜材料及其制备方法，本发明的制备方法极大的降低了产生成本，且简单易行，具有广阔的应用前景。同时所制备的GaMnO磁性陶瓷薄膜具有很好的结晶性和结晶取向，具有很好的表面平整度，具有高于400K的居里温度。本发明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。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种锰掺杂氧化镓基磁性陶瓷薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备GaMn前驱溶液：在100份质量的Ga前驱溶液中加入1～100份质量的Mn前驱溶液，充分搅拌得到GaMn前驱溶液；

其中，Ga前驱溶液的制备方法包括：在100份质量的去离子水中，加入2～15份质量的聚乙烯亚胺和2～15份质量的乙二胺四乙酸，充分搅拌至澄清以得到聚合物溶液，然后在聚合物溶液中加入1～10份质量的可溶性镓盐充分搅拌均匀后，超滤掉分子量小于10000g/mol的分子得到Ga前驱溶液；

Mn前驱溶液的制备方法包括：在100份质量的去离子水中，加入2～15份质量的聚乙烯亚胺和2～15份质量的乙二胺四乙酸，充分搅拌至澄清以得到聚合物溶液，然后在聚合物溶液中加入1～10份质量的可溶性锰盐充分搅拌均匀后，超滤掉分子量小于10000g/mol的分子得到Mn前驱溶液；

S2：清洗衬底表面：将单晶氧化铝作为衬底，分别在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗10～15min，最后用氮气吹干；

S3：旋涂：将步骤S1所得的GaMn前驱溶液旋涂到步骤S2所述的基底上得到预制膜；

S4：热处理：在大于等于650℃的条件下，将步骤S3得到的预制膜置于氧化性气氛中热处理得到GaMnO磁性陶瓷薄膜。

根据一种优选实施方式，在步骤S1中，所述的可溶性镓盐包括硝酸镓的水合物，所述的可溶性锰盐包括四水氯化锰的水合物。