中引入了碳硅双空位。本发明中，通过调节碳粒子辐照剂量和/或辐照能量可以调控碳硅双空位的浓度及分布。在相同的福照能量内，一定福照剂量范围内，福照粒子的剂量越大，在SiC薄膜中产生的缺陷越多，SiC薄膜的饱和磁矩就越大，但过量的辐照剂量会在SiC薄膜中产生过多缺陷，破坏缺陷磁矩的相互耦合作用，导致SiC薄膜的饱和磁矩减小。
[0033]图4示出经辐照剂量为IX 114Cnf2碳粒子辐照后的3C_SiC薄膜样品的室温磁滞回线，由图中可以看出，经碳粒子辐照后薄膜表现为铁磁性的特征，其饱和磁化强度为0.6099emu/cm3。
[0034]而且，本发明中，碳粒子辐照对3C_SiC半导体薄膜不产生破坏，即不会改变薄膜的组成和相。图1示出经辐照剂量为I X 114CnT2碳粒子辐照后的3C-SiC薄膜样品的HRXRD图谱。该图谱中除了硅衬底的衍射峰外，只存在3C-SiC(200)及(400)峰位，且峰型对称良好，峰强较高，表明其结晶质量较好。图2示出经辐照剂量为I X 114Cnf2碳粒子辐照后的3C-SiC薄膜样品的PIXE图谱。表明在薄膜制备、辐射及表征过程中，并没有引入金属等外来杂质。
[0035]下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0036]以下实施例1?4均以3C_SiC薄膜为例。
[0037]实施例1
(I)将硅衬底放入氨水:双氧水:去离子水= 1:1:5的混合溶液中清洗15min，然后用去离子水冲洗1min ; (2)将硅衬底放入盐酸:双氧水:去离子水=1: 1: 5的混合溶液中清洗15min，然后用去离子水中冲洗1min; (3)将硅衬底用高纯犯吹干；(4)将硅衬底，石墨板，石英舟放入石英腔体中；(5)将石英腔体本底真空抽至< 5.0X 10—4Pa,冲入2slm氢气至常压；(6)开启中频射频电源，通入H2:HC1 = 1:0.5%的混合气体在1020°C刻蚀5min； (7)刻蚀完成后，切入H2: C3H8= 1: 0.045%的混合气体在1200°(3碳化1011^11; (8)碳化完成后直接升温至1350。。，通入HCl: SiH4 = l:0.08%, C/Si = 3.2的气体进行外延生长3h ； (9)在室温下，以能量为300KeV，剂量为I X 113Cnf2的碳粒子对薄膜进行辐照改性；(10)测试结果表明，薄膜具有明显的室温铁磁性，其饱和磁化强度为0.4713emu/cm3。
[0038]实施例2
(I)将硅衬底放入氨水:双氧水:去离子水= 1:1:5的混合溶液中清洗15min，然后用去离子水冲洗1min ; (2)将硅衬底放入盐酸:双氧水:去离子水=1: 1: 5的混合溶液中清洗15min，然后用去离子水中冲洗1min; (3)将硅衬底用高纯犯吹干；(4)将硅衬底，石墨板，石英舟放入石英腔体中；(5)将石英腔体本底真空抽至< 5.0X 10—4Pa,冲入2slm氢气至常压；(6)开启中频射频电源，通入H2:HC1 = 1:0.5%的混合气体在1020°C刻蚀5min； (7)刻蚀完成后，切入H2: C3H8= 1: 0.045%的混合气体在1200°(3碳化1011^11; (8)碳化完成后直接升温至1350。。，通入HCl: SiH4 = l:0.08%, C/Si = 3.2的气体进行外延生长3h ； (9)在室温下，以能量为300KeV，剂量为I X 114Cnf2的碳粒子对薄膜进行辐照改性；(10)测试结果表明，薄膜具有明显的室温铁磁性，其饱和磁化强度为0.6099emu/cm3(参见图4)。
[0039]实施例3
(I)将硅衬底放入氨水:双氧水:去离子水= 1:1:5的混合溶液中清洗15min，然后用去离子水冲洗1min ; (2)将硅衬底放入盐酸:双氧水:去离子水=1: 1: 5的混合溶液中清洗15min，然后用去离子水中冲洗1min; (3)将硅衬底用高纯犯吹干；(4)将硅衬底，石墨板，石英舟放入石英腔体中；(5)将石英腔体本底真空抽至< 5.0X 10—4Pa,冲入2slm氢气至常压；(6)开启中频射频电源，通入H2:HC1 = 1:0.5%的混合气体在1020°C刻蚀5min； (7)刻蚀完成后，切入H2: C3H8= 1: 0.045%的混合气体在1200°(3碳化1011^11; (8)碳化完成后直接升温至1350。。，通入HCl: SiH4 = l:0.08%, C/Si = 3.2的气体进行外延生长3h ； (9)在室温下，以能量为50KeV，剂量为I X 115Cnf2的碳粒子对薄膜进行辐照改性；(10)测试结果表明，薄膜具有明显的室温铁磁性，其饱和磁化强度为0.2588emu/cm3o
[0040]实施例4
(I)将硅衬底放入氨水:双氧水:去离子水= 1:1:5的混合溶液中清洗15min，然后用去离子水冲洗1min ; (2)将硅衬底放入盐酸:双氧水:去离子水=1: 1: 5的混合溶液中清洗15min，然后用去离子水中冲洗1min; (3)将硅衬底用高纯犯吹干；(4)将硅衬底，石墨板，石英舟放入石英腔体中；(5)将石英腔体本底真空抽至< 5.0X 10—4Pa,冲入2slm氢气至常压；(6)开启中频射频电源，通入H2:HC1 = 1:0.5%的混合气体在1020°C刻蚀5min； (7)刻蚀完成后，切入H2: C3H8= 1: 0.045%的混合气体在1200°(3碳化1011^11; (8)碳化完成后直接升温至1350。。，通入HCl: SiH4 = l:0.08%, C/Si = 3.2的气体进行外延生长3h ； (9)在室温下，以能量为50KeV，剂量为I X 116Cnf2的碳粒子对薄膜进行辐照改性；(10)测试结果表明，薄膜具有明显的室温铁磁性，其饱和磁化强度为0.2218emu/cm3o[0041 ] 产业应用性:
本发明方法稳定有效，可以在不破坏材料的前提下制备SiC基稀磁半导体薄膜材料，这有利于自旋电子器件性能的提升和应用。
【主权项】
1.一种制备SiC基稀磁半导体薄膜的方法，其特征在于，以一定剂量的碳粒子12C+对SiC薄膜材料进行辐照，即制得SiC基稀磁半导体薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，12C+辐照剂量为IX 113-1 X 116 Cm—2。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，12C+辐照能量为50?300KeV，辐照过程在室温下进行。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，12C+辐照角度与所述SiC薄膜材料表面法线呈5?20°，优选为7°。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐照在所述SiC薄膜材料中产生了碳硅双空位，通过调节12C+辐照剂量和/或辐照能量来调控碳硅双空位的浓度和分布。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐照不改变所述SiC薄膜材料的组成和相。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述SiC薄膜材料的制备方法为化学气相沉积法、分子束外延，液相外延方法中的至少一种，优选为化学气相沉积法。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述SiC薄膜材料的制备方法包括: (1)将洁净干燥的衬底放入反应腔体中，抽至腔体真空至<5.0 X 10—4Pa; (2)通入H2和HCl混合气体在1000?1200°C对衬底进行刻蚀； (3)通入H2和C3H8混合气体在1200-1300°C对衬底进行碳化； (4)通入H2、C3H8和SiH4混合气体在1300?1400°C生长一定时间即可得到SiC薄膜材料。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述衬底是硅片、蓝宝石衬底、碳化硅、或TiCx010.—种由权利要求1至9中任一项所述的方法制备的SiC基稀磁半导体薄膜，其特征在于，所述SiC基稀磁半导体薄膜中具有碳硅双空位，所述SiC基稀磁半导体薄膜具有室温铁磁性。
【专利摘要】本发明涉及一种SiC基稀磁半导体薄膜及其制备方法，所述方法以一定剂量的碳粒子12C+对SiC薄膜材料进行辐照，即制得SiC基稀磁半导体薄膜。通过本发明的方法处理后的SiC薄膜，薄膜具有明显的室温铁磁性，且其饱和磁化强度相较强，具有良好的潜在应用价值。本发明方法稳定有效，可以在不破坏材料的前提下制备出一种SiC基稀磁半导体薄膜材料。
【IPC分类】C23C16/32, H01F41/22, H01F1/40, C23C16/56, H01F10/193
【公开号】CN105551794
【申请号】CN201511008671
【发明人】周仁伟, 刘学超, 郑燕青, 施尔畏
【申请人】中国科学院上海硅酸盐研究所
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月29日