Si基稀磁半導體的X射線吸收譜學研究.pdf

1、本論文主要利用同步輻射X射線吸收精細結構譜學(XAFS)技術，結合X射線衍射(XRD)和拉曼光譜等實驗方法聯(lián)合研究了磁控濺射共濺射方法和分子束外延方法制備的Si基稀磁半導體薄膜的結構，獲得了Fe摻雜和Mn摻雜的Si基薄膜樣品中Fe原子和Mn原子的分布和配位環(huán)境等結構參數(shù)。同時利用基于有效單粒子相對論性自恰實空間Green函數(shù)方法的FEFF8理論計算，通過對Fe原子和Mn原子摻雜Si基稀磁半導體體系中的Fe原子和Mn原子的典型占位構建模型

2、，分析了Fe原子和Mn原子在體系中的存在形式與占位情況，明確了Fe原子和Mn原子摻雜Si基稀磁半導體薄膜中Mn原子主要是以替位式形式存在、Fe原子的存在形式則由樣品的制備溫度決定。這些都為Si基稀磁半導體材料的可控制備提供了依據(jù)。
　　 1.Fe摻雜Si基稀磁半導體薄膜的結構研究
　　 利用XAFS和拉曼光譜等方法研究了磁控濺射共沉積方法制備的FexSi1-x稀磁半導體薄膜的結構。Raman結果表明室溫下制備的樣品中不存

3、在金屬Fe團簇或者Fe-Si化合物的物相，473K溫度下制備的樣品中已經(jīng)有FeSi2化合物物相存在。利用FEFF8程序模擬了Fe占據(jù)Si晶格替代位、四角間隙位和六角間隙位等三種最具代表性的理論模型的徑向結構函數(shù)曲線，通過與實驗曲線對比，明確了Fe在樣品中存在形式依賴于樣品制備溫度。室溫下制備的樣品中，F(xiàn)e原子進入Si晶格后，主要以替代位形式Fesi存在;而當制備溫度達到473K，薄膜樣品中的Fe主要以FeSi2化合物的形式存在。同時，利

4、用XAFS方法研究了473K條件下，用分子束外延方法制備的FexSi1-x稀磁半導體薄膜的結構，研究結果與前面得到的結果相一致，即當制備溫度達到473K后，F(xiàn)e原子分散到Si介質后，主要與Si原子反應，生成FeSi2化合物。
　　 2.Mn摻雜Si基稀磁半導體薄膜的結構研究
　　 利用XRD和XAFS方法研究了473K條件下制備的MnxSi1-x稀磁半導體薄膜的結構。XRD結果表明兩個不同Mn含量的樣品中均不存在金屬Mn

5、團簇或者Mn-Si化合物的物相。Mn K邊的XAFS結果表明對于所有Mn摻雜含量(3.0％，10.0％)的樣品，Mn原子均已經(jīng)分散到Si的介質。EXAFS擬合結果表明，Mn原子與最近鄰的Si原子的平均配位鍵長約為2.35(A)，配位數(shù)約為4.1，與Mn占據(jù)替代位的結構參數(shù)相近。利用FEFF8程序模擬了Mn原子占據(jù)Si晶格替代位、四角間隙位和六角間隙位等三種最具代表性的理論模型的徑向結構函數(shù)曲線，通過與實驗曲線對比，明確了Mn原子在樣品中