[发明专利]具有室温铁磁性的稀磁半导体材料及其制备方法和用途

摘要

具有室温铁磁性的稀磁半导体材料，包括一锗基片，一锗缓冲层，所述锗缓冲层生长于所述锗基片的表面，以及一锗铁薄膜，所述锗铁薄膜生长于所述锗缓冲层的表面，所述锗铁薄膜的组分为Ge_1‑xFe_x，且x＝0.02‑0.05。本发明同时提供了该材料的制备方法。本发明得到的锗铁薄膜在室温(20℃)时具有铁磁性，饱和磁化强度4πMs在320‑450Gs范围，且导电性能强，电阻率在10^‑3Ω·cm量级，由于其具有半导体和磁性材料的性质，即可以同时调控电子的电荷和自旋两种自由度，并且在室温下就具有铁磁性，在存储、通讯、计算等诸多领域将有极大的应用前景。

主权项

1.具有室温铁磁性的稀磁半导体材料的制备方法，其特征在于，包括一锗基片，所述锗基片采用<100>晶向的锗基片；一锗缓冲层，所述锗缓冲层生长于所述锗基片的表面，以及一锗铁薄膜，所述锗铁薄膜生长于所述锗缓冲层的表面，所述锗铁薄膜的组分为Ge1‑xFex，且x＝0.02‑0.05；锗铁合金薄膜的组分由锗和铁的束流比例来控制，室温下饱和磁化强度为300‑450Gs；锗铁合金薄膜，室温下导电率为3‑8×10‑3Ω·cm；其制备方法，包括如下步骤：S1：选择<100>晶向的单晶锗基片，采用V(HF):V(H2O2):V(H2O)＝1:0.1:50的溶液超声清洗，再经过丙酮、酒精以及去离子水依次超声依次清洗，得到粗糙度低且洁净度高的锗基片；S2：将步骤1中干净的单晶锗基片放入分子束外延设备中生长锗缓冲层和锗铁薄膜；且所述步骤S2的详细过程为：(1)在10‑9Torr量级的真空环境下，以3‑5℃/min的升温速率让锗基片加热到200‑300℃处理40‑60分钟，以去除其表面附着的气体与杂质，然后再以2‑4℃/min的降温速率降温到室温；(2)在10‑9Torr量级的真空环境下，以6‑8℃/min的升温速率将体积百分比纯度高于99.99％的锗源加温到1150‑1200℃，以6‑8℃/min的升温速率将体积百分比纯度高于99.99％的铁源加温到1250‑1300℃；(3)打开锗源的挡板，等待束流稳定，以0.4‑0.6转每秒的转速匀速旋转锗基片，打开基片挡板，到达设定的生长时间后，关闭基片挡板，得到锗缓冲层；(4)以2‑4℃/min的升温速率给基片加温至350‑400℃，然后打开铁源的挡板，等待束流稳定后，打开基片挡板，达到设定生长时间后，关闭基片挡板以及锗源和铁源的挡板，再以2‑4℃/min的速率将基片温度降到室温后取出，得到所述的稀磁半导体材料。