硅基稀磁半导体材料制备及性质研究

硅单晶是应用最广的重要半导体材料，基于硅单晶的集成电路在线宽小于50纳米以后将如何继续发展，已成为一个极度关心的问题。在硅单晶衬底上制备硅基稀磁半导体薄膜，既可以利用电子的电荷自由度进行信息的处理，又可以利用电子的自旋自由度进行信息的存储。这样将使硅的作用和应用领域发生革命性的变化。例如，用硅基稀磁半导体材料可以将CPU与具有永久存储功能的RAM集成在一起，而淘汰现在的硬盘存储器，将会使计算机的速度成倍提高，体积显著缩小。在制备工艺上则可以利用现有的硅器件和硅电路的设备。为了实现这一目标，首先要制备出具有室温铁磁性的硅基稀磁半导体薄膜，候选材料有FeSi、MnSi、CoSi、NiGi和GdSi等。本项研究拟利用离子束外延、分子束外延和磁控溅射等方法探索制备具有室温铁磁性的硅基稀磁半导体的工艺路线，磁性掺杂元素的类型和剂量，设计研制基于稀磁半导体的原型器件。