半導體與多種異質(zhì)結構的磁性與調(diào)控

趙鳳璦

摘要 我國半導體材料的快速發(fā)展，帶動了在制造電子構件中的廣泛應用，尤其是稀磁半導體，低溫性能是最大突出優(yōu)勢，而且可以實現(xiàn)邏輯以及存儲的雙功能的實現(xiàn)。隨著稀磁半導體材料的發(fā)展，在室溫條件下，面臨目前的需求就對居里溫度提出了更高要求。對此其磁性以及調(diào)控的過程中，有很多需要注意的地方以及使用技術，因為注入異構的不同，就會有不同的特征?；诖耍疚木蛯﹁F磁性加以描述，就基本的材料制備技術做了分析，重點分析了異構相關性質(zhì)以及調(diào)控，以供參考。

【關鍵詞】稀磁半導體 多鐵異質(zhì)結構 磁性調(diào)控 離子注入

1 材料的鐵磁性

半導體材料中，要遵守兩個原則，才能選出最佳的自旋性質(zhì)的材料。

（1）鐵磁性因為300k的居里溫度，也就是室溫下依然具有磁性。

（2）因為材料的眾多應用廣泛性所以可以作為自旋電子材料的最佳選擇，比如激光器領域，都曾使用砷化銦、砷化鎵以及砷化錳，而且比如砷化鎵也都廣泛使用在數(shù)字電子領域，紅外發(fā)光的二極管等，可見之前的研究都集中于此。

兩大體系（In，Mn）As（居里溫度等于35k）和（Ga，Mn）As（居里溫度等于110），就是重點鐵磁性研究所在，在這樣的條件下對樣品進行研制，結合MBE技術也就是分子束達到外延目的，若是選擇像（In0.5Ga0.5）0.93Mn0.07As的三元合金，其居里溫度控制在llOk以下。

通過對以上材料的分析，發(fā)現(xiàn)由于相干時間的存在，而且砷化鎵自旋壽命比較長，所以異構結構中，半導體無論結合金屬還是半導體，都可以自旋極化。對量子阱的發(fā)光二極管進行觀察，會因為自旋極化出現(xiàn)發(fā)光，對此也表明了其輸運性質(zhì)。為了提升注射效率，可以在輸出時輸出偏振光以及自旋化的載流子來完成。2薄膜樣品的主要制備技術

面對對[FeCo/Ag]5/PMN-PT的多鐵異質(zhì)結構進行制備時，就一定要用技術，對此使用的是磁控濺射方法，具體將加以介紹。

此方法運用了氣相沉積中的物理方法，因為電場作用，在襯底基片就會出現(xiàn)電子，由此電子產(chǎn)生，H原子正離子A出現(xiàn)，也是因為H2遇到作用力產(chǎn)生的電子，經(jīng)過碰撞產(chǎn)生，基片出現(xiàn)新電子，在濺射的靶材上，正是因為離子做了加速就會飛向靶材，所以靶原子遇到產(chǎn)生的正離子，就會從靶材上濺射出來，進一步地在動能的作用下，按照方向在襯底基片下沉積，圖1就是利用磁控進行濺射的整個過程圖。

3 CoFeB/GaN異質(zhì)結構性質(zhì)研究

3.1 樣品制備

樣品材料選擇的是矩形藍寶石襯底中的氮化鎵薄膜，通過培育中使用氣象沉淀法而來，利用金屬有機化合物作用而生長，控制厚度2納米。實驗的過程中，主副定位都在邊上，在使用的藍寶石襯底也經(jīng)過了切割，而且長為8毫米，寬為4毫米的襯底，選用長度對應的主定位邊，以進行標記，將其藍寶石難度性質(zhì)加以克服。晶向就要利用4毫米的短邊對應副定位來完成。藍寶石襯底只有經(jīng)過預退火防腐處理之后，才有利于生長，而且最后得到的薄膜更加均勻。襯底表面的其他雜物要利用有機溶劑（乙醇或者丙酮）當在超聲波實現(xiàn)清洗目的，對于表面有氧化現(xiàn)象的，要有2分鐘的防腐處理，使用的試劑是配置1比99的HF，均等配置的鹽酸等。在處理的每一個環(huán)節(jié)，都要漂洗襯底，通過使用很多去離子水來完成，為了盡可能地以免空氣污染襯底，對此進腔體在進行轉移時，一定要確保樣品是干的，對此要利用氮氣槍來實現(xiàn)。和其它的結構對此，氮化鎵中的纖鋅礦若是根據(jù)材料性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，熱穩(wěn)定性較為突出，當樣品表面要進行結構重整時，就要使其襯底環(huán)境處于真空，通過恒定高溫630攝氏度，維持一小時退化而完成，最后恢復室內(nèi)溫度即可。

3.2 樣品測量結果與分祈

測試結果表明，在測量的過程中，因為酸的作用，導致樣品表面發(fā)生變化，而且出現(xiàn)了重構現(xiàn)象，得到的樣品表面不平整，這是原子層面角度進行的分析。但是其厚度，1.5納米的均方差結果，以及從整體看表面較為均勻，對此對于CoFeB/GaN來說，這次試驗表明因為CoFeB的均勻覆蓋，生長質(zhì)量較好，很多性質(zhì)也得到研究。

4 離子注入GaAs基稀磁半導體

4.1 鉻離子注入砷化稼晶體的磁性測量

基片GaAs注入鉻離子以后，通過結果表明，相對基片GaAs沒有注入的，當加入注入劑愈多，飽和磁距-Ms隨之變化，而且呈現(xiàn)正相關趨勢。在曲線M-H中發(fā)現(xiàn)，和之前的飽和磁距相比較，增長趨勢緩慢，但是在曲線中和沒有注入的相比，GaAs的磁性很強，而且注入越多，性質(zhì)比較突出。

通過曲線可以分析出，砷化鎵基片注入各元素以及未注入有著明顯差異，注入過量的，注入量少的以及沒有注入的都表示在衍射曲線中，測試通過曲線圖表明，峰值出現(xiàn)在沒有注入各元素的基片圖上，而且非常明顯，雖然其他兩種情況也有峰值出現(xiàn)，但沒有其它的雜峰。衍射曲線經(jīng)過觀察，注入過鉻離子的砷化鎵基片，只出現(xiàn)一個單一相，這也是比較后的結果。

4.2 極化電壓對砷化稼基片磁性的影晌

基片進行極化前，整個操作流程：電容器極板之間加入基片，待極板電壓逐步實現(xiàn)穩(wěn)定，控制極化時間-10分鐘，接下來因為此時的GaAs已經(jīng)經(jīng)過極化，對此接下來進行測量磁性的環(huán)節(jié)，通過磁強計-Versalab振動樣品完成。

基片GaAs在極化以后，若是極板使用電壓等于1200伏，飽和磁化在MH中相對強度減弱。1200伏以下，通過發(fā)現(xiàn)，M-H磁化曲線還是原樣。飽和磁化強度有明顯變化發(fā)生在電壓由1200到1600增加的區(qū)域內(nèi)，而且呈現(xiàn)正相關性，電壓愈大，強度也由此增加。

5 結語

綜上所述，研究一次半導體材料中，通過本文研究銻化銦以及砷化鎵在室內(nèi)溫度下具有的特點，結果令人滿意，未來表征中要擴大范圍通過更為先進的技術而實現(xiàn)，實現(xiàn)不同電廠條件下，稀磁半導體材料磁性如何變化的研究。在以后，稀磁半導體其發(fā)展前景很好，所以對于新興材料要加強探究。

參考文獻

[1]吳振堯，鈷鐵硼/半導體異質(zhì)結構磁各向異性研究[D].南京大學，2016.

[2]王學文.半導體異質(zhì)結構光催化制氫材料的設計與研究進展[J].化工新型材料，2015.