GaN基稀磁半導(dǎo)體的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體(Diluted Magnetic Semiconductors，DMSs)是一種由磁性過渡族金屬離子或稀土金屬離子部分替代非磁性半導(dǎo)體中的陽離子所形成的新的一類半導(dǎo)體材料。它集電子的電荷和自旋于一體，使之具有了半導(dǎo)體的電荷輸運(yùn)特性和磁性材料的信息存儲(chǔ)特性，從而使DMS具有了一些奇異的性質(zhì)。 目前，稀磁半導(dǎo)體己經(jīng)成為了國內(nèi)外研究的熱門課題，而GaN作為寬帶隙的半導(dǎo)體材料也受到了人們的關(guān)注，并且在理論和實(shí)驗(yàn)上都取得了一些

2、成果。但仍存在一個(gè)難題--鐵磁性的起源問題，一直還存在著爭議，沒有得到一致的結(jié)果。為了對(duì)這一問題進(jìn)一步研究，本文在GaN基DMS材料方面做了一些研究工作。本文采用的是兩步法，第一步是制備鎵錳(鎵鐵)氧化物，第二步為高溫氨化。 1.GaMnN系列樣品：溶膠凝膠方法制備一系列改變Mn濃度的樣品和利用固相反應(yīng)法及磁控濺射法制備的Ga0.95Mn0.05N粉體及薄膜樣品。所有樣品經(jīng)XRD檢測(cè)均為六角的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，并未發(fā)現(xiàn)任何雜質(zhì)相。磁性

3、檢測(cè)表明：當(dāng)溫度為5K時(shí)，兩種方法制備的粉體樣品仍表現(xiàn)為順磁特性，且根據(jù)居里.外斯定律擬合，得到樣品的居里外斯溫度均為負(fù)值，這表明近鄰的Mn離子之間存在著很強(qiáng)的反鐵磁相互作用；而Ga0.95Mn0.05N薄膜樣品在室溫下顯示為順磁性質(zhì)，要對(duì)其磁性有深入的了解還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。 2.GaFeN系列樣品： (1)利用磁控濺射方法制備了一系列薄膜樣品，經(jīng)XRD、PL、FTIR等檢測(cè)手段證實(shí)了樣品的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，并未發(fā)現(xiàn)任何雜質(zhì)

4、相；利用XPS譜檢測(cè)，樣品中的Fe處于+2價(jià)態(tài)；電學(xué)性質(zhì)測(cè)量顯示所有薄膜樣品均為n型導(dǎo)電，室溫下的電阻率高達(dá)108 Q cm，而且樣品的電阻率隨Fe濃度的增加而增加。磁性測(cè)量顯示所有的樣品在室溫下都具有鐵磁性，其鐵磁性并非來源于樣品中的雜質(zhì)相，而是樣品的內(nèi)稟性質(zhì)，可以利用束縛磁極化子的模型來解釋：而樣品的磁性隨Fe濃度的增加單調(diào)減小，由于Fe濃度的增加，縮短了Fe離子之間的距離，使得在近鄰Fe離子之間鐵磁相互作用和反鐵磁相互作用的競爭中