及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有CaAl2Si2結(jié)構(gòu)的鐵磁半導(dǎo)體材料，尤其涉及一種化學(xué)結(jié)構(gòu)通 式為（Sr1 yNay) (Zn1 xMnx)2As2的鐵磁半導(dǎo)體材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)以及電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的電子工藝已逐漸不能滿足器 件小型化的需求。目前，科技人員致力于在常規(guī)的電子工藝中引入電子自旋，希望在半導(dǎo)體 中同時(shí)利用載流子以及其自旋，從而使電子器件同時(shí)具有儲(chǔ)存、傳輸以及處理量子信息等 成為可能。稀磁半導(dǎo)體是指磁性過渡金屬元素或者稀土金屬元素取代非磁性半導(dǎo)體中的部 分原子，而形成的一種新的半導(dǎo)體化合物。稀磁半導(dǎo)體化合物由于兼具有磁性物質(zhì)以及半 導(dǎo)體的特性，易于與常規(guī)半導(dǎo)體工藝兼容，成為許多研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0003] 其中比較典型的稀磁半導(dǎo)體體系是20世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)的（Ga, Mn) As鐵磁半導(dǎo)體 (Ohno H.，Shen A.，Matsukura F. el al. Appl. Phys. Lett.，1996)，該體系一個(gè)突出的方面 是磁性離子Mn2+部分取代Ga3+的位置同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自旋和電荷的摻雜。然而該材料不穩(wěn)定， 只能制作成薄膜，并且薄膜的制備過程中對(duì)制備方法的要求高，對(duì)熱處理很敏感。而且很多 測(cè)試實(shí)驗(yàn)只能用塊材，因此尋找新的塊材的鐵磁半導(dǎo)體對(duì)研究鐵磁半導(dǎo)體中磁性的起源是 非常重要的。
[0004] 另一種典型的稀磁半導(dǎo)體材料是Sr (Zn, MrO2As2，其母體為SrZn2As2，屬于六方晶 系，具有CaAl2Si2型結(jié)構(gòu)。通過在SrZn2As2的Zn的位置上摻入適量的Mn原子即可得到具 有磁性的Sr (Zn, Mn) 2As2。然而Sr (Zn, Mn) 2As2是一種順磁性材料，相比于鐵磁性材料而言 其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值低得多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵磁性的、基于SrZn2As2母體的半導(dǎo)體材料。
[0006] 本發(fā)明提供一種鐵磁半導(dǎo)體材料，其化學(xué)式為（Sri yNay) (Zn1 xMnx) 2As2，其中 0. l<y<0. 4,0. 05<x<0. 3〇
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提供的鐵磁半導(dǎo)體材料，其中所述鐵磁半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)屬六方 晶系。
[0008] 本發(fā)明提供一種制備上述鐵磁半導(dǎo)體材料的方法，利用固相反應(yīng)法，在與氧隔離 的環(huán)境中燒結(jié)前軀體，形成（Sr1 yNay) (Zn1 xMnx)2As2,0. l〈y〈0. 4,0. 05〈x〈0. 3,其中所述前軀 體的物質(zhì)選自如下物質(zhì)構(gòu)成的組：Sr、Na、Zn、Μη、As、SrAs、MnAs、ZnAs、Na3As,其中各種物 質(zhì)的含量滿足所要制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sr1 yNay) (Zn1 xMnx)2As2中各種元素的配比，其中 固相反應(yīng)法所采用的燒結(jié)溫度為670-1000°C。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述燒結(jié)過程在常壓下進(jìn)行。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述燒結(jié)過程在高于一個(gè)大氣壓的壓力下進(jìn)行。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述前軀體包括Sr、Zn、Mn、As、Na3As。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述前軀體包括SrAs、Zn、Mn、As、Na3As。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述前軀體包括Sr、ZnAs、Mn、As、Na3As。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述前軀體包括Sr、Zn、MnAs、As、Na3As。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述燒結(jié)過程在惰性氣體或真空環(huán)境中進(jìn)行。
[0016] 本發(fā)明提供的鐵磁半導(dǎo)體材料，其磁輸運(yùn)性質(zhì)具有如下性質(zhì)：存在明顯的反?；?爾效應(yīng)，載流子類型為空穴型（即P型）；具有負(fù)磁阻效應(yīng)；存在金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變，具有豐 富的電輸運(yùn)性質(zhì)，為研究局域自旋和傳導(dǎo)電子相互作用衍化提供了一個(gè)平臺(tái)。
[0017] 本發(fā)明提供的鐵磁半導(dǎo)體材料，穩(wěn)定性好，可在空氣中穩(wěn)定存在。另外本發(fā)明提供 的制備方法能夠容易地制備出高純度的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sr1 yNay) (Zn1 xMnx)2As2。
【附圖說明】
[0018] 以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中：
[0019] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sr1 yNay) (Zn1 xMnx)2As2的晶體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為根據(jù)實(shí)施例1提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna95MnQ.Q5)2As2的X射線衍射圖譜；
[0021] 圖3為根據(jù)實(shí)施例1提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna95Mnl^5)2As2的直流磁化率與溫度的關(guān)系曲線；
[0022] 圖4為根據(jù)實(shí)施例1提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna95Mnl^5)2As2的直流磁化率與磁場(chǎng)的關(guān)系曲線；
[0023] 圖5為根據(jù)實(shí)施例1提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna95Mna05)2As2的電阻率與溫度的關(guān)系曲線；
[0024] 圖6為根據(jù)實(shí)施例1提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna95Mna(]5)2As2在空氣中兩個(gè)月后的X射線衍射圖譜；
[0025] 圖7為根據(jù)實(shí)施例2提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna9Mnai)2As2的X射線衍射圖譜；
[0026] 圖8為根據(jù)實(shí)施例2提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna9Mnai)2As2的直流磁化率與溫度的關(guān)系曲線；
[0027] 圖9為根據(jù)實(shí)施例2提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna9Mnai)2As2的直流磁化率與磁場(chǎng)的關(guān)系曲線；
[0028] 圖10為根據(jù)實(shí)施例2提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna9Mnai)2As2的電阻率與溫度的關(guān)系曲線；
[0029] 圖11為根據(jù)實(shí)施例3提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna85Mnai5)2As2的X射線衍射圖譜；
[0030] 圖12為根據(jù)實(shí)施例3提供的方法所制備的（Sra9Naai) (Znas5Mnai5)2As2的直流磁 化率與溫度的關(guān)系曲線；
[0031] 圖13為根據(jù)實(shí)施例3提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Zna85Mnai5)2As2的直流磁化率與磁場(chǎng)的關(guān)系曲線；
[0032] 圖14為根據(jù)實(shí)施例3提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (Znas5Mnai5)2As2的電阻率與溫度的關(guān)系曲線；
[0033] 圖15為根據(jù)實(shí)施例4提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (ZnasMna2)2As2的X射線衍射圖譜；
[0034] 圖16為根據(jù)實(shí)施例4提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (ZnasMna2)2As2的直流磁化率與溫度的關(guān)系曲線；
[0035] 圖17為根據(jù)實(shí)施例4提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (ZnasMna2)2As2的直流磁化率與磁場(chǎng)的關(guān)系曲線；
[0036] 圖18為根據(jù)實(shí)施例4提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（Sra9Naai) (ZnasMna2)2As2的電阻率與溫度的關(guān)系曲線；
[0037] 圖19為根據(jù)實(shí)施例5提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（SrasNaa2) (Zna85Mnai5)2As2的X射線衍射圖譜；
[0038] 圖20為根據(jù)實(shí)施例5提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（SrasNaa2) (Zna85Mnai5)2As2的直流磁化率與溫度的關(guān)系曲線；
[0039] 圖21為根據(jù)實(shí)施例5提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（SrasNaa2) (Zna85Mnai5)2As2的直流磁化率與磁場(chǎng)的關(guān)系曲線；
[0040] 圖22為根據(jù)實(shí)施例5提供的方法所制備的鐵磁半導(dǎo)體材料（SrasNaa2) (Znas5Mnai5)2As2的電阻率與溫度的關(guān)系曲線；
[0041] 圖23為根據(jù)實(shí)施例5提