一种N型块材稀磁半导体及其制备方法与流程

本发明属于晶体生长领域，涉及一种n型块材稀磁半导体及其制备方法。

背景技术：

稀磁半导体同时具有磁性材料的特点和半导体的特点，在自旋电子学中具有很重要的价值。1996年，ohno等人报道了一种稀磁半导体(ga,mn)as，引起了材料界的广泛兴趣，该材料将mn²⁺掺杂到ga³⁺同时引入了自旋和载流子。近年来，一系列与铁基超导体结构相同的稀磁半导体被制备出来，包括“111”型的li(zn,mn)as，“1111”型的(la,ba)(zn,mn)aso，“122”型的(ba,k)(zn,mn)2as2，其中(ba,k)(zn,mn)2as2的居里温度达到了230k。然而上面所说的所有稀磁半导体都是p型的，n型的块材稀磁半导体还一直没有被发现，因此，获得n型块材稀磁半导体具有重要意义。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有稀磁半导体的问题，本发明的目的在于提供一种n型块材稀磁半导体及其制备方法，该材料具有与thcr2si2相同的四方的晶体结构，所述稀磁半导体的化学式通式为ba(zn1-xcox)2as2，居里温度最高可达到45k。该方法采用固相反应法，并使用淬火的方法制备出了该n型块材稀磁半导体。

为实现上述目的及其相关目的，本发明的n型块材稀磁半导体的制备方法，包括如下步骤：

1)ba(zn1-xcox)2as2前驱体的制备

根据通式ba(zn1-xcox)2as2，按照各个组成物的配比，将ba、zn、co和as在惰性气体中混合，烧结，自然降温，即得ba(zn1-xcox)2as2前驱体；其中x＝0.01-0.05；

2)ba(zn1-xcox)2as2块材n型稀磁半导体的制备

在惰性气体中，将ba(zn1-xcox)2as2前驱体压制成片，烧结，淬火，即得n型块材稀磁半导体。

优选的，所述的惰性气体为氩气。

优选的，所述的ba、zn、co和as的加入形式分别为ba块、zn粉末、co粉末和as颗粒；ba块、zn粉末、co粉末和as颗粒的纯度≥99.9％。

优选的，所述的步骤1)中的烧结之前，将混合物装入氧化铝坩埚，并封装在真空石英管内，然后再置于高温炉中进行烧结。

优选的，所述步骤1)中的烧结过程具体为：首先烧结温度为900℃，保温10小时，然后烧结的温度升高至1150℃，保温24小时。

优选的，所述步骤2)中的烧结之前，将压制成片的ba(zn1-xcox)2as2前驱体装入氧化铝坩埚并密封在真空石英管中，然后再置于高温炉中烧结，烧结的温度为1150℃，保温24小时。

优选的，所述步骤2)中的淬火是在1150℃样品烧结完成时将样品取出，快速放入水中冷却。

本发明另一方面公开了一种所述方法制备得到的n型块材稀磁半导体。

优选的，所述样品的居里温度最高可达到45k。

优选的，所述样品的空间群为i4/mmm，晶格常数随x变化

本发明的制备方法采用固相反应法，并使用淬火的方法制得n型块材稀磁半导体，该样品具有与thcr2si2相同的四方的晶体结构，居里温度最高可达到45k。采用淬火方法得到的样品没有正交结构的杂相。获得n型块材稀磁半导体，为电子自旋器件的研发提供了必要的材料支撑，丰富了现有的稀磁体系，拓宽了稀磁半导体的实验基础，并让我们对其微观机制和磁性起源有了进一步的认识，对稀磁半导体的物理研究以及潜在的应用都有着重要的意义。

附图说明

图1是实施例1制备的ba(zn1-xcox)2as2块材稀磁半导体的x射线衍射图谱；

图2是实施例1制备的ba(zn1-xcox)2as2块材稀磁半导体的磁化强度与温度的关系曲线图；

图3是实施例1制备的ba(zn1-xcox)2as2块材稀磁半导体的磁化强度与磁场强度的关系曲线图；

图4是实施例1制备的ba(zn1-xcox)2as2块材稀磁半导体的电阻与温度的关系曲线图；

图5是实施例1制备的ba(zn1-xcox)2as2块材稀磁半导体的磁阻与温度的关系曲线图；

图6是实施例1制备的ba(zn1-xcox)2as2块材稀磁半导体的载流子浓度与温度的关系曲线图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为辨别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

ba(zn1-xcox)2as2前驱体的制备

采用在10^-3torr的真空下固相反应法，将99.9％或以上纯度的ba块、zn粉末、co粉末和as颗粒按配比在充有氩气的手套箱中混合，装入氧化铝坩埚并密封在真空石英管中，然后置于高温炉中烧结，烧结的温度为900℃，保温10小时，然后烧结的温度升高至1150℃，保温24小时，在高温炉中自然冷却，即得ba(zn1-xcox)2as2前驱体。

ba(zn1-xcox)2as2块材n型稀磁半导体的制备

采用在10^-3torr的真空下固相反应法，将ba(zn1-xcox)2as2前驱体压制成片，装入氧化铝坩埚并密封在真空石英管中，然后置于高温炉中烧结，烧结的温度为1150℃，保温24小时后，在1150℃下将样品取出，放入水中淬火以快速冷却，得到化学式通式为ba(zn1-xcox)2as2的n型块材稀磁半导体。

对n型块材稀磁半导体ba(zn1-xcox)2as2进行x射线衍射测量，结果如图1所示，结果证实样品为ba(zn1-xcox)2as2纯相，经指标化可知其空间群为i4/mmm，晶格常数随x变化同时对其磁化强度与温度和磁场强度的变化进行了测量，其结果如图2和图3所示，由图2和图3可知，该ba(zn1-xcox)2as2样品的居里温度最高可达45k，矫顽力最高可达22oe。对其电阻和磁阻与温度的变化进行了测量，其结果如图4和图5所示，由图4和图5可知，该ba(zn1-xcox)2as2样品表现半导体行为，并存在负磁阻效应。对其进行了霍尔系数的测量，其结果如图6所示，由图6可知，ba(zn1-xcox)2as2样品的载流子类型为n型。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可以利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。