专利名称：一种具有室温铁磁性的C-Al<sub>2</sub>O<sub>3-δ</sub>复合薄膜材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有室温铁磁性的C-A1203_S复合薄膜材料，属于半导体磁性纳米材料制备技术领域。
背景技术：
随着纳米技术的发展，出现了一个横跨半导体和磁性材料的新型研究方向一自旋电子学。在自旋电子学中，电子是自旋的载体，可利用自旋进行信息的储存和传输。研究结果表明，磁性半导体可实现高效率的自旋注入。但是，由于磁性元素本身在半导体的固溶度不高，往往会有磁性杂质的析出，而且磁性元素的掺杂容易形成第二相，因此不进行任何掺杂的纯半导体的铁磁性研究引起了研究者的兴趣。目前，氧化物低维材料，如HfO2薄膜、Ti02、In203、Zn0和CeO2纳米颗粒等由于其在自旋电子设备中的潜在应用价值而受到广泛关 注。Sundaresan等人报道了 Al203、Ce02、Zn0、In2O3和SnO2纳米颗粒的室温铁磁性，例如文献Zywietz A, Furthmuller J, and Bechstedt F, Phys Rev B, 11，62 (2000),认为铁磁性是纳米颗粒的普遍属性。该研究小组将Al2O3纳米颗粒以及相应块状样品的磁属性进行了比较。结果发现纳米颗粒样品在390 K表现铁磁性，并且有明显的磁滞现象，300 K时的饱和磁化强度为3. 5X10 3 emu/g，而块状样品则表现抗磁性。氧化铝是常见的宽带隙半导体材料，稳定性极强，耐腐蚀性高，可以在高温高辐射环境下工作。由于其在自旋电子学设备中的潜在应用价值，而倍受关注。但纳米颗粒的尺寸和密度影响样品的磁化强度，纳米颗粒应用于器件涉及到颗粒的粘附等，具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有室温铁磁性的C-A1203_S复合薄膜材料，实现了将自旋电子学器件在半导体材料中的应用。本发明解决其技术问题采取的技术方案如下一种具有室温铁磁性的
C-Al203.δ复合薄膜材料，其中，选择C以及C含量是基于以下原理确定的以IV族半导体为
基础材料的半导体工艺发展成熟，C与Si，Ge等IV族元素相比，C的稳定性较强，即使与O发生了反应生成C的氧化物，也会挥发到空气中，大大减少了在样品中形成的杂质成分。利用界面对磁性影响，用氧化铝做为包覆基质，制备的C-A1203_S复合薄膜。利用射频溅射的方法制备一系列不同C含量的C-Al2CVs复合薄膜，随着C含量的增加，样品的磁性先增强后减弱，当C含量超过4 vol%时，由于制备过程中的自退火效应，使得部分C颗粒聚集形成尺寸较大的团簇，这时C颗粒与A1203_S基质之间的界面相对变小，界面缺陷减少，使得磁性减小。具体的，本发明提供的一种具有室温铁磁性的C-A1203_s复合薄膜材料，式中C的体积百分比< 10 vo 1%ο
实验证明，当C-A1203_s厚度为100 nm, C的含量为4 vol%时，样品的饱和磁化强度达到最强，为4. 87 emu/cm3,剩余磁化强度和矫顽力也达到最大,分别为O. 50 emu/cm3和175. 60 Oe0本发明的一种具有室温铁磁性的C-A1203_s复合薄膜材料的制备方法包括以下步骤
(O选取单晶Si (100)作为基片，基片清洗过程丙酮溶液浸泡并用超声波清洗10min ;去离子水冲洗，酒精浸泡并用超声波清洗10 min ;去离子水冲洗，稀释的30% HF中浸泡I min ;去离子水冲洗，氮气吹干，避免磁性杂质的干扰，备用；
(2)将放置了高纯C颗粒的Al2CVs靶(99.999%)做为复合靶材，采用公知的射频溅射方法在已清洗的Si基片上进行C-A1203_s膜的生长，通过调节Ar气(99. 999%)的气体流量，使溅射气压为2. O Pa，并且保持溅射功率为
120 W ；
(3)在射频溅射过程中，当膜的厚度达到设定值时，停止溅射得到成品薄膜材料。根据薄膜材料中C含量的不同，可制备一系列样品，如下表I所示。表I不同C含量的C-A1203_S复合薄膜材料的具体制备条件及测试结果
权利要求
1.一种具有室温铁磁性的C-A1203_S复合薄膜材料，其特征在于式中C的体积百分比(10 vol%。
2.根据权利要求I所述的具有室温铁磁性的C-A1203_s复合薄膜材料，其特征在于C的体积百分比为4 vo 1%ο
3.一种制备如权利要求I所述的具有室温铁磁性的C-A1203_s复合薄膜材料的方法，包括以下步骤 (O选取单晶Si (100)作为基片，基片清洗过程丙酮溶液浸泡并用超声波清洗10min ;去离子水冲洗，酒精浸泡并用超声波清洗10 min ;去离子水冲洗，稀释的30%HF中浸泡Imin ;去离子水冲洗，氮气吹干，备用； (2)采用公知的射频溅射的方法在已清洗的基片上进行C-A1203_s膜的生长，通过调节Ar气(99. 999%)的气体流量，使溅射气压为2. O Pa，并且保持溅射功率为120 W ； (3)当C-A1203_S膜的厚度达到设定值时，停止溅射，得到复合薄膜材料成品。
全文摘要
本发明公开了一种化学式为C-Al2O3-δ具有室温铁磁性的复合薄膜材料，式中C的体积百分比≤10vol%，Al2O3-δ相对Al2O3是一种缺氧状态氧化铝薄膜材料。其制备方法是利用射频溅射的方法制备得到一系列不同C含量的C-Al2O3-δ复合薄膜。Al2O3体材料本身没有磁性，本发明采用C和Al2O3-δ基质的界面限制效应制备复合薄膜使其具有磁性。本发明与成熟的半导体工艺兼容，制备工艺简单，磁性C-Al2O3-δ复合薄膜材料在新型磁存储器、微型自旋电子学器件等方面都有潜在的应用。
文档编号H01F41/18GK102945727SQ20121037293
公开日2013年2月27日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者甄聪棉, 刘秀敏, 郑玉龙, 马丽, 潘成福, 侯登录 申请人:河北师范大学