分子束外延法
分子束外延(MBE)技術由于其在原子尺度上精 確控制外延膜厚、摻雜和界面平整度的特點,明顯優 于液相外延法和氣相外延生長法,更有利于生長高質 量DMS薄膜。
采用低溫分子束外延(LT-MBE)技術, 能夠有效的抑制新相的析出,同時輔助以高能電子衍 射儀(RHEED),監控生長過程中的表面再構過程, 從而對于樣品的組分及其性能進行控制。
但是,LT-MBE方法的生長溫度過低,從而使 GaAs半導體的一些性質依賴于LT-MBE的某些工藝 條件(例如襯底溫度,As過壓等)。
金屬有機化學氣相沉積
MOCVD法利用有機金屬熱分解進行氣相外延生 長,可以合成組分按任意比例組成的人工合成材料, 形成厚度精確控制到原子級的薄膜,從而又可以制成 各種薄膜結構型材料。MOCVD法主要用于制 備Ⅱ-Ⅵ及Ⅲ-Ⅴ族的稀磁半導體。
離子注入法
稀磁性半導體
在對于DMS 材料的研究中,各國科研人員采用 離子注入方法來引入磁性離子。通常加速電壓在數百 keV,且退火溫度往往高于600℃。
對于常規離子注入,由于注入的離子經過電場的 加速作用而具有一定的能量,襯底溫度較高和退火過 程中熱動力學因素的影響,使得樣品中不可避免地 形成諸如MnGa及MnAs等雜相。因此,采用低能離子 注入及低襯底溫度下注入以抑制新相的生成,是一個 具有研究價值的新方法。
激光脈沖沉積
PLD方法較為普遍的應用在氧化物DMS制備中, 如Mn摻雜 ZnO、Co摻雜 等材料。靶材由相關 金屬離子的氧化物在高溫下燒結而成,如ZnO與
按一定比例混合后在900℃煅燒12h,制成陶瓷 靶。生長溫度隨材料的不同在350~750℃之間變 化。
一般沒有退火過程,較為常見的基片包括藍寶石、 、
、
及普通玻璃。 利用PLD制備的DMS材料,較易形成磁性離子的 團簇,從而降低材料的實用價值。
其它方法
對于大多數稀磁半導體的體材料來說,較為流行 的方法是布里奇曼(Bridgeman)法。其主要的生長 過程是首先將要生長的材料升溫至熔點以上,然后通 過控制熔體降溫方式來獲得高質量的體單晶。
溶膠-凝膠法也被用來制備某些氧化物DMS的微 粉和薄膜。如韓國科研人員將Zn、Co的醋酸鹽溶于 2-甲氧乙醇,做為前驅體,后在700℃空氣氣氛下快 速退火1min,獲得厚度約200nm的Co摻雜 ZnO薄膜。 樣品在350K時仍有觀察到較為明顯的磁滯回線。
磁控濺射法由于工藝簡便,性能穩定等特點,可用來制備ZnO:(Co, Fe),ZnO:(Co, Al),:Co等DMS 材料。實驗表明,該法制備的樣品也在室溫下發現具有鐵磁性。