[发明专利]一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法

权利要求书

1.一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，包括如下步骤：

(1)利用SRIM程序模拟具有一定能量E₁的离子入射到ZnO后离子在靶材中的能量损失和分布，得到入射离子的垂直投射影程R_p1和垂直投射影程统计偏差ΔR_p1；

(2)能量为E₁，剂量为φ₁的离子沿着随机方向注入ZnO薄膜后的注入离子分布理论上为高斯分布：

x是离子离表面的深度；

(3)重复步骤(1)，(2)，设计一系列的能量E_i，剂量φ_i，使得叠加后总离子浓度分布为常数，即N(x)＝N₁(x)+N₂(x)+N₃(x)+……近似为常数；

(4)根据设定好的注入条件，在ZnO单晶薄膜中依次注入不同能量、不同剂量的掺杂离子；

所述ZnO单晶薄膜采用分子束外延(MBE)技术或者金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法制备，衬底为蓝宝石，硅或者氮化镓；

所述注入的离子为与Zn元素原子系数接近的具有中等质量数的Ge、Se、Kr元素离子。

2.如权利要求1所述的一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，其特征在于：选用的注入离子为非磁性离子。

3.如权利要求1所述的一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，其特征在于：离子分布深度x小于薄膜厚度，即注入离子完全分布在ZnO薄膜中，材料的特性完全为ZnO薄膜材料本身的属性。

4.如权利要求1所述的一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，其特征在于，注入离子为单电荷离子。

5.如权利要求1所述的一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，其特征在于，注入离子能量为20KeV～400KeV。

6.如权利要求1所述的一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，其特征在于，离子注入剂量为1×10¹³cm^-2～1×10¹⁵cm^-2。

7.如权利要求1所述的一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，其特征在于，离子注入实验中，注入角度与所述ZnO单晶薄膜材料表面法线呈7°，以避免离子注入时的沟道效应。

8.如权利要求1所述的一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，多次叠加注入实验中，先注入高能量、射程远的离子，再注入低能量、射程近的离子。

9.如权利要求1所述的一种离子注入缺陷诱导的室温铁磁性ZnO单晶薄膜制备方法，其特征在于，多次叠加注入后离子浓度在一定薄膜厚度范围内近均匀分布，总离子浓度在10¹⁸-10²⁰/cm³量级。