一種具有室溫鐵磁性的C-Al<sub>2</sub>O<sub>3-δ</sub>複合薄膜材料及其製備方法
2023-04-26 15:51:11
專利名稱：一種具有室溫鐵磁性的C-Al2O3-δ複合薄膜材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有室溫鐵磁性的C-A1203_S複合薄膜材料，屬於半導體磁性納米材料製備技術領域。
背景技術：
隨著納米技術的發展，出現了一個橫跨半導體和磁性材料的新型研究方向一自旋電子學。在自旋電子學中，電子是自旋的載體，可利用自旋進行信息的儲存和傳輸。研究結果表明，磁性半導體可實現高效率的自旋注入。但是，由於磁性元素本身在半導體的固溶度不高，往往會有磁性雜質的析出，而且磁性元素的摻雜容易形成第二相，因此不進行任何摻雜的純半導體的鐵磁性研究引起了研究者的興趣。目前，氧化物低維材料，如HfO2薄膜、Ti02、In203、Zn0和CeO2納米顆粒等由於其在自旋電子設備中的潛在應用價值而受到廣泛關 注。Sundaresan等人報導了 Al203、Ce02、Zn0、In2O3和SnO2納米顆粒的室溫鐵磁性，例如文獻Zywietz A, Furthmuller J, and Bechstedt F, Phys Rev B, 11，62 (2000),認為鐵磁性是納米顆粒的普遍屬性。該研究小組將Al2O3納米顆粒以及相應塊狀樣品的磁屬性進行了比較。結果發現納米顆粒樣品在390 K表現鐵磁性，並且有明顯的磁滯現象，300 K時的飽和磁化強度為3. 5X10 3 emu/g，而塊狀樣品則表現抗磁性。氧化鋁是常見的寬帶隙半導體材料，穩定性極強，耐腐蝕性高，可以在高溫高輻射環境下工作。由於其在自旋電子學設備中的潛在應用價值，而倍受關注。但納米顆粒的尺寸和密度影響樣品的磁化強度，納米顆粒應用於器件涉及到顆粒的粘附等，具有一定的局限性。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有室溫鐵磁性的C-A1203_S複合薄膜材料，實現了將自旋電子學器件在半導體材料中的應用。本發明解決其技術問題採取的技術方案如下一種具有室溫鐵磁性的
C-Al203.δ複合薄膜材料，其中，選擇C以及C含量是基於以下原理確定的以IV族半導體為
基礎材料的半導體工藝發展成熟，C與Si，Ge等IV族元素相比，C的穩定性較強，即使與O發生了反應生成C的氧化物，也會揮發到空氣中，大大減少了在樣品中形成的雜質成分。利用界面對磁性影響，用氧化鋁做為包覆基質，製備的C-A1203_S複合薄膜。利用射頻濺射的方法製備一系列不同C含量的C-Al2CVs複合薄膜，隨著C含量的增加，樣品的磁性先增強後減弱，當C含量超過4 vol%時，由於製備過程中的自退火效應，使得部分C顆粒聚集形成尺寸較大的團簇，這時C顆粒與A1203_S基質之間的界面相對變小，界面缺陷減少，使得磁性減小。具體的，本發明提供的一種具有室溫鐵磁性的C-A1203_s複合薄膜材料，式中C的體積百分比< 10 vo 1%ο
實驗證明，當C-A1203_s厚度為100 nm, C的含量為4 vol%時，樣品的飽和磁化強度達到最強，為4. 87 emu/cm3,剩餘磁化強度和矯頑力也達到最大,分別為O. 50 emu/cm3和175. 60 Oe0本發明的一種具有室溫鐵磁性的C-A1203_s複合薄膜材料的製備方法包括以下步驟
(O選取單晶Si (100)作為基片，基片清洗過程丙酮溶液浸泡並用超聲波清洗10min ;去離子水衝洗，酒精浸泡並用超聲波清洗10 min ;去離子水衝洗，稀釋的30% HF中浸泡I min ;去離子水衝洗，氮氣吹乾，避免磁性雜質的幹擾，備用；
(2)將放置了高純C顆粒的Al2CVs靶(99.999%)做為複合靶材，採用公知的射頻濺射方法在已清洗的Si基片上進行C-A1203_s膜的生長，通過調節Ar氣(99. 999%)的氣體流量，使濺射氣壓為2. O Pa，並且保持濺射功率為
120 W ；
(3)在射頻濺射過程中，當膜的厚度達到設定值時，停止濺射得到成品薄膜材料。根據薄膜材料中C含量的不同，可製備一系列樣品，如下表I所示。表I不同C含量的C-A1203_S複合薄膜材料的具體製備條件及測試結果
權利要求
1.一種具有室溫鐵磁性的C-A1203_S複合薄膜材料，其特徵在於式中C的體積百分比(10 vol%。
2.根據權利要求I所述的具有室溫鐵磁性的C-A1203_s複合薄膜材料，其特徵在於C的體積百分比為4 vo 1%ο
3.一種製備如權利要求I所述的具有室溫鐵磁性的C-A1203_s複合薄膜材料的方法，包括以下步驟 (O選取單晶Si (100)作為基片，基片清洗過程丙酮溶液浸泡並用超聲波清洗10min ;去離子水衝洗，酒精浸泡並用超聲波清洗10 min ;去離子水衝洗，稀釋的30%HF中浸泡Imin ;去離子水衝洗，氮氣吹乾，備用； (2)採用公知的射頻濺射的方法在已清洗的基片上進行C-A1203_s膜的生長，通過調節Ar氣(99. 999%)的氣體流量，使濺射氣壓為2. O Pa，並且保持濺射功率為120 W ； (3)當C-A1203_S膜的厚度達到設定值時，停止濺射，得到複合薄膜材料成品。
全文摘要
本發明公開了一種化學式為C-Al2O3-δ具有室溫鐵磁性的複合薄膜材料，式中C的體積百分比≤10vol%，Al2O3-δ相對Al2O3是一種缺氧狀態氧化鋁薄膜材料。其製備方法是利用射頻濺射的方法製備得到一系列不同C含量的C-Al2O3-δ複合薄膜。Al2O3體材料本身沒有磁性，本發明採用C和Al2O3-δ基質的界面限制效應製備複合薄膜使其具有磁性。本發明與成熟的半導體工藝兼容，製備工藝簡單，磁性C-Al2O3-δ複合薄膜材料在新型磁存儲器、微型自旋電子學器件等方面都有潛在的應用。
文檔編號H01F41/18GK102945727SQ20121037293
公開日2013年2月27日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者甄聰棉, 劉秀敏, 鄭玉龍, 馬麗, 潘成福, 侯登錄 申請人:河北師範大學