半导体与多种异质结构的磁性与调控

赵凤瑷

摘要 我国半导体材料的快速发展，带动了在制造电子构件中的广泛应用，尤其是稀磁半导体，低温性能是最大突出优势，而且可以实现逻辑以及存储的双功能的实现。随着稀磁半导体材料的发展，在室温条件下，面临目前的需求就对居里温度提出了更高要求。对此其磁性以及调控的过程中，有很多需要注意的地方以及使用技术，因为注入异构的不同，就会有不同的特征。基于此，本文就对铁磁性加以描述，就基本的材料制备技术做了分析，重点分析了异构相关性质以及调控，以供参考。

【关键词】稀磁半导体 多铁异质结构 磁性调控 离子注入

1 材料的铁磁性

半导体材料中，要遵守两个原则，才能选出最佳的自旋性质的材料。

（1）铁磁性因为300k的居里温度，也就是室温下依然具有磁性。

（2）因为材料的众多应用广泛性所以可以作为自旋电子材料的最佳选择，比如激光器领域，都曾使用砷化铟、砷化镓以及砷化锰，而且比如砷化镓也都广泛使用在数字电子领域，红外发光的二极管等，可见之前的研究都集中于此。

两大体系（In，Mn）As（居里温度等于35k）和（Ga，Mn）As（居里温度等于110），就是重点铁磁性研究所在，在这样的条件下对样品进行研制，结合MBE技术也就是分子束达到外延目的，若是选择像（In0.5Ga0.5）0.93Mn0.07As的三元合金，其居里温度控制在llOk以下。

通过对以上材料的分析，发现由于相干时间的存在，而且砷化镓自旋寿命比较长，所以异构结构中，半导体无论结合金属还是半导体，都可以自旋极化。对量子阱的发光二极管进行观察，会因为自旋极化出现发光，对此也表明了其输运性质。为了提升注射效率，可以在输出时输出偏振光以及自旋化的载流子来完成。2薄膜样品的主要制备技术

面对对[FeCo/Ag]5/PMN-PT的多铁异质结构进行制备时，就一定要用技术，对此使用的是磁控溅射方法，具体将加以介绍。

此方法运用了气相沉积中的物理方法，因为电场作用，在衬底基片就会出现电子，由此电子产生，H原子正离子A出现，也是因为H2遇到作用力产生的电子，经过碰撞产生，基片出现新电子，在溅射的靶材上，正是因为离子做了加速就会飞向靶材，所以靶原子遇到产生的正离子，就会从靶材上溅射出来，进一步地在动能的作用下，按照方向在衬底基片下沉积，图1就是利用磁控进行溅射的整个过程图。

3 CoFeB/GaN异质结构性质研究

3.1 样品制备

样品材料选择的是矩形蓝宝石衬底中的氮化镓薄膜，通过培育中使用气象沉淀法而来，利用金属有机化合物作用而生长，控制厚度2纳米。实验的过程中，主副定位都在边上，在使用的蓝宝石衬底也经过了切割，而且长为8毫米，宽为4毫米的衬底，选用长度对应的主定位边，以进行标记，将其蓝宝石难度性质加以克服。晶向就要利用4毫米的短边对应副定位来完成。蓝宝石衬底只有经过预退火防腐处理之后，才有利于生长，而且最后得到的薄膜更加均匀。衬底表面的其他杂物要利用有机溶剂（乙醇或者丙酮）当在超声波实现清洗目的，对于表面有氧化现象的，要有2分钟的防腐处理，使用的试剂是配置1比99的HF，均等配置的盐酸等。在处理的每一个环节，都要漂洗衬底，通过使用很多去离子水来完成，为了尽可能地以免空气污染衬底，对此进腔体在进行转移时，一定要确保样品是干的，对此要利用氮气枪来实现。和其它的结构对此，氮化镓中的纤锌矿若是根据材料性质发现，热稳定性较为突出，当样品表面要进行结构重整时，就要使其衬底环境处于真空，通过恒定高温630摄氏度，维持一小时退化而完成，最后恢复室内温度即可。

3.2 样品测量结果与分祈

测试结果表明，在测量的过程中，因为酸的作用，导致样品表面发生变化，而且出现了重构现象，得到的样品表面不平整，这是原子层面角度进行的分析。但是其厚度，1.5纳米的均方差结果，以及从整体看表面较为均匀，对此对于CoFeB/GaN来说，这次试验表明因为CoFeB的均匀覆盖，生长质量较好，很多性质也得到研究。

4 离子注入GaAs基稀磁半导体

4.1 铬离子注入砷化稼晶体的磁性测量

基片GaAs注入铬离子以后，通过结果表明，相对基片GaAs没有注入的，当加入注入剂愈多，饱和磁距-Ms随之变化，而且呈现正相关趋势。在曲线M-H中发现，和之前的饱和磁距相比较，增长趋势缓慢，但是在曲线中和没有注入的相比，GaAs的磁性很强，而且注入越多，性质比较突出。

通过曲线可以分析出，砷化镓基片注入各元素以及未注入有着明显差异，注入过量的，注入量少的以及没有注入的都表示在衍射曲线中，测试通过曲线图表明，峰值出现在没有注入各元素的基片图上，而且非常明显，虽然其他两种情况也有峰值出现，但没有其它的杂峰。衍射曲线经过观察，注入过鉻离子的砷化镓基片，只出现一个单一相，这也是比较后的结果。

4.2 极化电压对砷化稼基片磁性的影晌

基片进行极化前，整个操作流程：电容器极板之间加入基片，待极板电压逐步实现稳定，控制极化时间-10分钟，接下来因为此时的GaAs已经经过极化，对此接下来进行测量磁性的环节，通过磁强计-Versalab振动样品完成。

基片GaAs在极化以后，若是极板使用电压等于1200伏，饱和磁化在MH中相对强度减弱。1200伏以下，通过发现，M-H磁化曲线还是原样。饱和磁化强度有明显变化发生在电压由1200到1600增加的区域内，而且呈现正相关性，电压愈大，强度也由此增加。

5 结语

综上所述，研究一次半导体材料中，通过本文研究锑化铟以及砷化镓在室内温度下具有的特点，结果令人满意，未来表征中要扩大范围通过更为先进的技术而实现，实现不同电厂条件下，稀磁半导体材料磁性如何变化的研究。在以后，稀磁半导体其发展前景很好，所以对于新兴材料要加强探究。

参考文献

[1]吴振尧，钴铁硼/半导体异质结构磁各向异性研究[D].南京大学，2016.

[2]王学文.半导体异质结构光催化制氢材料的设计与研究进展[J].化工新型材料，2015.