磁控濺射法制備的鍺薄膜以及過渡金屬摻雜鍺薄膜的特性研究.pdf

1、Ge薄膜由于具有優(yōu)異的電學(xué)，光學(xué)性能，被成功的應(yīng)用于非易失性存儲器和光電器件方面.近年來，稀磁半導(dǎo)體由于在自旋電子器件中的應(yīng)用吸引越來越多的注意.過渡金屬摻雜Ge薄膜同Si半導(dǎo)體具有兼容性，是一種很有潛能的半導(dǎo)體材料.因此研究過渡金屬摻雜Ge薄膜對于分析稀磁半導(dǎo)體磁性的真正機(jī)理，產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)特性，以及尋求更高的居里溫度具有重要的意義.
　　首先，利用直流磁控濺射方法，在Si(100)基底上沉積了Ge薄膜，通過改變實驗參數(shù)，得到最佳

2、的沉積Ge薄膜條件：濺射功率為80W，濺射時間2h，基底溫度500℃，濺射壓強(qiáng)1.6Pa.通過X射線衍射（XRD）分析可知，Ge(220)方向為薄膜生長擇優(yōu)取向；拉曼光譜（Raman）同XRD結(jié)果相符合；分析掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示薄膜表面結(jié)構(gòu)致密，生長均勻，且晶粒呈圓形；通過近紅外光譜分析可知，Ge薄膜的反射率隨著壓強(qiáng)的增大先增大后減小.
　　其次，利用直流磁控濺射法通過改變實驗參數(shù)在Si(100)基底上沉積了不同濃度的

3、Mn摻雜Ge薄膜（MnxGe1-x薄膜，x=0.02,0.05,0.1,0.3）.XRD光譜顯示MnxGe1-x薄膜與Ge晶體相比有相同的結(jié)晶取向，沒有出現(xiàn)Mn，Mn-Ge化合物的衍射峰，表明Mn原子已經(jīng)進(jìn)入到Ge晶格中；濃度為2％，5％的Mn摻雜Ge薄膜與Ge薄膜相比有相同的(220)擇優(yōu)取向，而濃度為10％,30％的Mn摻雜Ge薄膜則由（220）擇優(yōu)取向轉(zhuǎn)變?yōu)椋?11）擇優(yōu)取向.VSM分析顯示薄膜具有室溫鐵磁性，隨著Mn濃度的增加，

4、薄膜的飽和磁化強(qiáng)度先增加后下降；當(dāng)Mn濃度增加到10％飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到最大為0.54emu/cm3，但是當(dāng)Mn濃度進(jìn)一步增加到30％時，薄膜的飽和磁化強(qiáng)度反而降低.
　　最后，利用直流磁控共濺射法通過改變Co靶的濺射功率在Si(100)襯底上沉積了Co摻雜MnxGe1-x薄膜.XRD分析顯示Co靶濺射功率為20W[Co(20W)]時摻雜的MnxGe1-x薄膜僅僅顯示Ge立方晶體結(jié)構(gòu)，Co靶濺射功率為80W[Co(80 W)]摻雜的

5、MnxGe1-x薄膜衍射峰的峰值較弱.Raman光譜顯示Co(20 W)摻雜的MnxGe1-x薄膜同測得的XRD相一致并顯示較強(qiáng)的拉曼信號.Co(80W)摻雜的MnxGe1-x（x=0.1,0.3）薄膜出現(xiàn)較寬的拉曼峰.這同XRD結(jié)果較低的結(jié)晶度相一致.能量分散X射線分析儀（EDX）結(jié)果顯示Co(20W)，Co(80W)摻雜的MnxGe1-x薄膜中金屬Co含量分別為3.34％，51.2％.SEM圖像顯示薄膜均勻致密，Co(80W)摻雜的