共摻雜SiC基稀磁半導(dǎo)體的局域結(jié)構(gòu)、磁和電輸運(yùn)性能.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體由于兼具電子電荷和自旋兩種特性而成為自旋電子學(xué)這個(gè)新領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但是有關(guān)第三代寬禁帶半導(dǎo)體SiC的研究工作在國內(nèi)外還處于起步階段，因此選擇SiC作為稀磁半導(dǎo)體作為研究對(duì)象具有重要的理論意義和潛在的應(yīng)用前景。采用射頻磁控濺射法分別制備了不同濃度的Mn/Co、Mn/Al和Co/N共摻雜SiC稀磁半導(dǎo)體薄膜，利用EDS、XRD、XPS、XAFS、SQUID、HALL、R-T等表征測試方法，系統(tǒng)地研究了SiC稀磁半導(dǎo)體薄膜的局域結(jié)

2、構(gòu)及自旋相關(guān)磁、輸運(yùn)特性，獲得如下結(jié)果：
　　制備態(tài)的Mn/Co、Mn/Al和Co/N共摻雜SiC薄膜均為無序的SiC非晶結(jié)構(gòu)，800℃退火后薄膜開始形成3C-SiC晶體結(jié)構(gòu)，在Mn/Co和Co/N共摻雜SiC薄膜中，析出Co2Si化合物，1200℃退火后，3C-SiC結(jié)晶性改善，并析出更多的Co2Si化合物。對(duì)于Mn/Al共摻雜薄膜，Al摻雜具有強(qiáng)化薄膜形成3C-SiC晶體結(jié)構(gòu)的作用，經(jīng)1200℃退火后析出Al9Si化合物。

3、r>　　在Mn/Co共摻雜SiC薄膜中，Mn和Co分別以Mn2+和Co2+的形式存在。在Mn/Al共摻雜SiC薄膜中，Mn以Mn2+形式存在，而Al在制備態(tài)的Mn/Al共摻薄膜中形成部分Al團(tuán)簇，而摻雜進(jìn)入SiC晶格中的Al則以Al3+的形式存在。在Co/N共摻雜SiC薄膜中，Co和N分別以Co2+和N3-形式存在。
　　在Mn/Co共摻雜SiC薄膜中，Mn、Co取代3C-SiC的C位，但是Co在1200℃退火態(tài)的薄膜中完全以Co

4、2Si化合物析出。在Mn/Al共摻雜SiC薄膜中，Mn取代3C-SiC的C位，而Al在800℃退火的薄膜中取代3C-SiC的C位。在Co/N共摻雜SiC薄膜中，N原子取代3C-SiC晶體的C位，而Co在退火態(tài)的薄膜中部分取代3C-SiC的C位，其余Co原子則形成Co2Si化合物。在退火態(tài)的Mn/Co、Mn/Al和Co/N共摻雜SiC薄膜不存在金屬團(tuán)簇和金屬氧化物。與p、p型（Mn、Co）共摻相比，p、n（Co、N）型共摻由于兩種載流子之

5、間的相互吸引作用，有利于抑制第二相化合物的形成。
　　制備態(tài)、800℃和1200℃退火態(tài)Mn/Co、Mn/Al和Co/N共摻雜SiC薄膜都具有明顯的半導(dǎo)體特性。在低溫范圍內(nèi)，其載流子輸運(yùn)機(jī)制均符合Mott躍遷模型，即lnρ和(T)-1/4保持線性關(guān)系，證明載流子是局域化的。在3C-SiC薄膜中，與p型Co摻雜相比，p型Al摻雜具有更明顯的載流子調(diào)制作用，而N在共摻雜薄膜中呈現(xiàn)n型載流子調(diào)制作用。
　　Mn/Co、Mn/Al和