Cr(Co)摻雜Ge(Si)基稀磁半導(dǎo)體的制備與磁性研究.pdf

1、稀釋磁性半導(dǎo)體材料將電子的電荷屬性和自旋屬性集于同一基體，使之同時(shí)具有半導(dǎo)體材料的電荷輸運(yùn)特征和磁性材料的信息存儲(chǔ)特征，成為自旋電子裝置的最佳候選材料。由于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工業(yè)是以半導(dǎo)體材料Si為基礎(chǔ)，基于Ge/Si基稀磁半導(dǎo)體材料易與當(dāng)前的半導(dǎo)體工業(yè)相兼容，因此引起了眾多研究者的廣泛關(guān)注。
　　 目前，Ge/Si基稀磁半導(dǎo)體材料已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱門課題。盡管在理論和實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)取得了一些較好的結(jié)果，但是在這類材料中仍存在一些問題（

2、磁性的起源問題，居里溫度低于室溫等），有待于進(jìn)一步解決。針對(duì)這些問題，本文采用射頻、直流交替磁控濺射技術(shù)在n型Si(100)襯底上制備了Cr(Co)摻雜的Ge(Si)基稀磁半導(dǎo)體薄膜，結(jié)合樣品的結(jié)構(gòu)、電學(xué)性質(zhì)及磁學(xué)性質(zhì)，對(duì)樣品鐵磁性的起源進(jìn)行了初步探討。
　　 1、Cr摻雜的Ge、Si薄膜樣品：XRD結(jié)果顯示所制備的樣品均表現(xiàn)為Ge、Si的衍射峰，未發(fā)現(xiàn)其他第二相；電學(xué)性質(zhì)表明Cr離子在Ge母體中處于淺受主狀態(tài)，不僅提供了局域化

3、自旋，同時(shí)也是受主中心，提供空穴載流子；XPS測(cè)量結(jié)果顯示Cr離子在Si母體中大部分處于為+2價(jià)，含有少量的Cr3+；利用XAFS譜檢測(cè)，樣品中Cr離子在Ge母體中易于占據(jù)替代位，而在Si母體中易于占據(jù)間隙位；磁性測(cè)量結(jié)果顯示CrxGe1-x樣品具有低溫鐵磁性，磁性源于替代位Cr離子的d態(tài)電子與Ge原子的p態(tài)電子之間的p-d交換耦合相互作用，而對(duì)于CrxSi1-x樣品鐵磁性的產(chǎn)生有待于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究。
　　 2、Co:Si薄膜樣