[发明专利]一种铁磁半导体材料Li(Cd,Mn)P及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于I-II-V族半导体材料的铁磁半导体材料，尤其涉及一种化学结构通式为Li(Cd,Mn)P的铁磁半导体材料。

背景技术

铁磁性稀磁半导体是通过向半导体中掺杂磁性离子实现的。由于自旋电子器件方面的应用前景，早在20世纪90年代铁磁性稀磁半导体体系就被广泛研究(Zutic,I.etal.,Rev.Mod.Phys.76,323,2004)。迄今研究最广泛的是基于III-V族的稀磁半导体，即以III族元素V族元素化合物为母相的半导体(Ohno,H.,Science281,951,1998)。然而III-V族稀磁半导体也存在制作工艺，载流子与磁矩绑定等问题。

最近报道的基于I-II-V族半导体材料的铁磁性稀磁半导体Li(Zn,Mn)As较成功的解决了载流子与磁矩绑定的问题(Deng,Z.etal.,NatureCommunications2:422,2011)，其中的载流子与磁矩分别由Li离子与Mn离子提供，这为铁磁半导体机制的研究提供了便利。

可以付诸实用的半导体材料需要载流子类型和浓度是可控的，这样就可以通过掺杂得到预期的材料。其中最为重要的应用之一就是将电子型掺杂半导体与空穴性掺杂半导体组合形成晶体管的基本单元PN结。然而，Li(Zn,Mn)As的载流子浓度约为10¹⁹-10²⁰cm^-3，其导电行为均表现为很强的金属性。这意味着将很难改变它的载流子类型，也就无法得到PN结。

另外，Li(Zn,Mn)As中含有毒性元素As，在材料的使用和制造过程中容易造成人员的身体损伤。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于I-II-V族半导体材料的铁磁性稀磁半导体，其半导体性更强，载流子类型与浓度更容易被调节，且不含有毒性元素As。

本发明提供一种铁磁半导体材料，其化学式为Li_y(Cd_1-xMn_x)P，其中0.6<y<1.4,0<x<0.4。

根据本发明提供的铁磁半导体材料，其中所述铁磁半导体材料的晶体结构属立方晶系。

本发明还提供一种制备上述铁磁半导体材料的方法，利用固相反应法，在与氧隔离的环境中烧结前躯体，形成Li_y(Cd_1-xMn_x)P，其中0.6<y<1.4,0<x<0.4，其中所述前躯体的物质选自如下物质构成的组：Li、Cd、Mn、P、Li₃P、CdP、MnP，其中各种物质的含量满足所要制备的铁磁半导体材料Li_y(Cd_1-xMn_x)P中各种元素的配比，其中烧结温度为550-950℃。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在常压下进行，烧结温度为600-900℃。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在高于一个大气压的压力下进行，烧结温度为550-950℃。

根据本发明提供的方法，其中所述压力为1-20GPa。

根据本发明提供的方法，其中所述前躯体包括Li、Cd、Mn、P。

根据本发明提供的方法，其中所述前躯体包括Li₃P、Cd、Mn、P、CdP、MnP。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在惰性气体中进行。

根据本发明提供的方法，其中所述烧结过程在真空环境中进行。

本发明提供的铁磁半导体Li(Cd,Mn)P中不再含有毒性元素As，而且由于P元素的电负性较As元素更高，且Cd元素的正电性比Zn元素强，使得Li(Cd,Mn)P具有良好的半导体性，载流子浓度更容易调节，可以很好地用于自旋电子器件等各种器件中。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是本发明提供的铁磁半导体的晶体结构示意图；

图2是实施例1中Li_0.6Cd_0.9Mn_0.1P的电阻率随温度变化的曲线图；

图3是实施例1中Li_0.6Cd_0.9Mn_0.1P的X射线衍射图谱；