专利名称：一种制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法
技术领域：
本发明涉及InAs室温铁磁性半导体材料制备技术领域，特别是涉及一种利用扩 散原理制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法。
背景技术：
现代信息技术主要涉及到两类重要材料，即磁性材料和半导体材料。这两方面的 材料成功利用了电子的电荷和自旋两种特征，其中信息存储器件如磁盘、光盘等，就是利用 了磁性材料的电子自旋自由度和磁矩；而信息处理方面，集成电路、高频器件等则是利用了 半导体材料中的电子电荷运动来完成的。因此将半导体材料磁性化，使得半导体材料的光 电特性和磁性能结合起来，对制造新型功能期间和整个信息技术的发展将产生至关重要的 影响。 2001年公布于Science上的关于Ti02在温度高于400K时仍具有铁磁性的成果是 室温铁磁性半导体材料的一大突破。当今，用来制备室温铁磁性材料的方法主要有分子束 外延，离子注入和金属有机化学气象沉积。这些方法在应用方面，成本高，效率低。本发明 将应用扩散原理，通过简单易行的方法，制备InAs室温铁磁性半导体材料。
发明内容
( — )要解决的技术问题 本发明的目的在于提供一种制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，以制备出 InAs体单晶的温度在300K以上的铁磁性半导体材料。
( 二 )技术方案 为达到上述目的，本发明提供一种制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，包括 以下步骤 步骤1 :利用化学清剂将InAs单晶片表面清洗干净，并利用酸刻蚀法去除表面氧 化层和无机物； 步骤2 :将处理干净的InAs单晶片放入沉积设备中，沉积一层金属扩散层；
步骤3 :将沉积了金属扩散层的InAs单晶片放入石英管中，并抽真空后密封；
步骤4 :将真空封闭的石英管放入加热设备中恒温加热，加速扩散过程；
步骤5 :将加热过的石英管切割开后，取出InAs单晶片，并用酸性液体刻蚀掉多余金属。 步骤6 :用化学洗剂将InAs单晶片清洗干净，完成制备。 上述方案中，步骤1中所述InAs单晶片的厚度为0. 5mm至0. 7mm。 上述方案中，步骤2中所述沉积设备为真空镀膜系统。 上述方案中，步骤2中所述金属扩散层为金属Mn，蒸发厚度为O. 1mm至0. 3mm。
上述方案中，步骤2中所述沉积金属扩散层时衬底温度为0至200°C。
上述方案中，步骤3中所述密封石英管采用氢氧炎系统。
上述方案中，步骤4中所述加热设备为气象疏运高温电阻炉，加热温度为800°C。
上述方案中，步骤5中所述切割石英的设备为水循环石英切割机。
上述方案中，步骤5中所述酸性液体为稀盐酸。
(三)有益效果 本发明提供的这种制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，能够制备出InAs体 单晶的温度在300K以上的铁磁性半导体材料，且整个制备过程中所使用的设备都是技术 成熟，产业常用的设备，而且縮短了制备成本和制备时间，非常利于推广。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其 中 图1为本发明提供的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法流程图；
图2为本发明中所生长的薄膜的结构示意图； 图3位本发明实施例中InAs室温铁磁性半导体材料的磁学性能测试结果。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。 请参阅图1所示，图1为本发明提供的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法流 程图，包括以下步骤 步骤1 :利用化学清剂将InAs单晶片表面清洗干净，并利用酸刻蚀法去除表面氧 化层和无机物，其中所述的InAs单晶片的厚度为0. 5mm至0. 7mm ; 步骤2 :将处理干净的InAs单晶片放入沉积设备中，沉积一层金属扩散层，其中所 述的沉积设备为真空镀膜系统，所述的金属扩散层为金属Mn，蒸发厚度为0. lmm-0. 3mm，所 述的金属层沉积的衬底温度为100°C。 步骤3 :将沉积了金属扩散层的InAs单晶片放入石英管中，并抽真空后密封，其中 所述的石英管密封装置为氢氧炎系统； 步骤4 :将真空封闭的石英管放入加热设备中恒温加热，加速扩散过程，其中所述 的加热设备为气象疏运高温电阻炉，加热温度为800°C ; 步骤5 :将加热过的石英管切割开后，取出InAs单晶片，并用酸性液体刻蚀掉多余
金属，其中所述的切割石英的设备为水循环石英切割机，所述的酸性液体为稀盐酸。
步骤6 :用化学洗剂将InAs单晶片清洗干净，完成制备。
实施例 选取厚度为0. 5mm至0. 7mm的InAs单晶片，利用乙醇、丙酮等洗液将InAs单晶片 表面清洗干净，并利用酸刻蚀法去除表面氧化层和无机物，最后利用氢氟酸刻蚀法除去氧 化层，是单晶片处于脱水状； 将处理干净的InAs单晶片放入真空镀膜系统中，在蒸发舟上放置Mn粉沉积一 层金属扩散层，沉积厚度为O. lmm至0.3mm，金属层沉积的衬底温度为IO(TC，真空气压为 3X10—3Pa ;
4
将沉积了金属扩散层的InAs单晶片放入石英管中，用泵将石英管内抽到真空状 态，并用氢氧炎烧结密封石英管； 将真空封闭的石英管放入高温电阻炉恒温加热24小时，加速扩散过程，使加热温 度恒定在800°C ;加热后将石英管切割开后，取出InAs单晶片，并用相应酸液等刻蚀掉多余 金属。用O. 5mol/L稀盐酸将InAs单晶片清洗干净，完成制备。图2示出了本发明中所生 长的薄膜的结构示意图。 在该实施例中，将扩散过Mn的InAs单晶片用SQUID分析测试其磁性能。如图3 所示，在图3中可以看到，在温度为300K下，InAs单晶片仍呈现出明显的磁滞回线。这表 示在300K的时候，材料仍具有铁磁性。 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1利用化学清剂将InAs单晶片表面清洗干净，并利用酸刻蚀法去除表面氧化层和无机物；步骤2将处理干净的InAs单晶片放入沉积设备中，沉积一层金属扩散层；步骤3将沉积了金属扩散层的InAs单晶片放入石英管中，并抽真空后密封；步骤4将真空封闭的石英管放入加热设备中恒温加热，加速扩散过程；步骤5将加热过的石英管切割开后，取出InAs单晶片，并用酸性液体刻蚀掉多余金属。步骤6用化学洗剂将InAs单晶片清洗干净，完成制备。
2. 根据权利要求1所述的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，步骤 1中所述InAs单晶片的厚度为0. 5mm至0. 7mm。
3. 根据权利要求1所述的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，步骤 2中所述沉积设备为真空镀膜系统。
4. 根据权利要求1所述的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，步骤 2中所述金属扩散层为金属Mn，蒸发厚度为0. 1mm至0. 3mm。
5. 根据权利要求1所述的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，步骤 2中所述沉积金属扩散层时衬底温度为0至200°C。
6. 根据权利要求1所述的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，步骤 3中所述密封石英管采用氢氧炎系统。
7. 根据权利要求1所述的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，步骤 4中所述加热设备为气象疏运高温电阻炉，加热温度为800°C。
8. 根据权利要求1所述的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，步骤 5中所述切割石英的设备为水循环石英切割机。
9. 根据权利要求1所述的制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，其特征在于，步骤 5中所述酸性液体为稀盐酸。
全文摘要
本发明公开了一种制备InAs室温铁磁性半导体材料的方法，包括以下步骤利用化学清剂将InAs单晶片表面清洗干净，并利用酸刻蚀法去除表面氧化层和无机物；将处理干净的InAs单晶片放入沉积设备中，沉积一层金属扩散层；将沉积了金属扩散层的InAs单晶片放入石英管中，并抽真空后密封；将真空封闭的石英管放入加热设备中恒温加热，加速扩散过程；将加热过的石英管切割开后，取出InAs单晶片，并用酸性液体刻蚀掉多余金属。用化学洗剂将InAs单晶片清洗干净，完成制备。利用本发明，能够制备出InAs体单晶的温度在300K以上的铁磁性半导体材料，且整个制备过程中所使用的设备都是技术成熟，产业常用的设备，而且缩短了制备成本和制备时间，非常利于推广。
文档编号H01L41/22GK101710524SQ200910241700
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者朱峰, 李京波 申请人:中国科学院半导体研究所