[发明专利]一种具有自旋整流特性的ZnO基磁性pn结及其制备方法

摘要

本发明涉及一种具有自旋整流特性的ZnO基磁性pn结及其制备方法，属于信息存储材料技术领域，该磁性pn结由p型铁磁材料ZnCuO:Li和n型半导体材料ZnO构成，其制备方法包括n型半导体材料ZnO的制备、表面电极的制备、p型铁磁材料ZnCuO：Li的制备、金属底电极的制备等四个步骤；该方法充分利用近年发展迅速的磁控溅射技术和阳极层离子源辅助沉积技术并进行有机结合，能在低温下生长与CMOS技术兼容的具有正向整流效应的自旋p‑n结，具有制备成本低，应用价值大的优点。

主权项

1.一种具有自旋整流特性的ZnO基磁性pn结，其特征在于：该磁性pn结由p型铁磁材料ZnCuO:Li和n型半导体材料ZnO构成；其制备方法，步骤如下：（1）n型半导体材料ZnO的制备将低阻Si(111)衬底置于样品架上，在100－200℃、氩气和氧气比例2:1的环境下，对经过表面处理的衬底进行辉光清洗；辉光清洗结束后，在0.3－1 Pa，沉积100‑200纳米厚的ZnO本征层；然后在调节Ar流量为800sccm，通入O2流量为50sccm，120V衬底负偏压、磁控溅射靶电流4.5A条件下，沉积800‑2000纳米厚的n型ZnO薄膜；（2）p型铁磁材料ZnCuO：Li的制备将沉积有n型ZnO的Si(111)衬底置于样品架上，在200－400℃、氩气和氧气比例3:1的环境下，对经过表面处理的衬底进行辉光清洗；辉光清洗结束后，开启阳极层离子源控制电压在600‑800 V, 电流在3‑8A；然后在调节Ar流量为800sccm，通入O2流量为50sccm，120V衬底负偏压、磁控溅射靶Cu靶电流4.5A条件下，ZnO：Li靶电流3‑6A的条件下，沉积800‑2000纳米厚的p型ZnCuO：Li铁磁性型薄膜；所述的p型铁磁材料ZnCuO:Li，Li离子的掺杂浓度1013‑1015cm‑2，Cu离子的掺杂浓度1014‑1016cm‑2；（3）表面电极的制备在p型铁磁材料表面采用电子束蒸发技术蒸渡Au/Ni电极；其中Ni层厚度20‑40纳米，Au层厚度100‑400纳米；（4）金属底电极的制备在衬底表面采用电子束蒸发技术蒸发Al/Ti底电极；其中Ti层的厚度为20‑40纳米，Al层的厚度为100‑400纳米；所述的ZnO基磁性p‑n结具有明显的室温铁磁性，矫顽力为56 高斯。