Mn摻雜的Si的電磁特性研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體(Diluted Magnetic Semiconductors)是指在Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅱ-Ⅴ族或Ⅳ-Ⅵ族化合物中摻入磁性過渡族金屬離子或稀土金屬離子部分代替非磁陽離子的一類新半導(dǎo)體材料。稀磁半導(dǎo)體可以制備在無外磁場(chǎng)和其他磁性材料幫助下就能利用自旋的半導(dǎo)體器件，使傳統(tǒng)的電子工業(yè)面臨一場(chǎng)新的技術(shù)革命。理想稀磁半導(dǎo)體居里溫度大于500K，形成載流子的雜質(zhì)能帶自旋分裂和鐵磁性相關(guān)聯(lián)，可以選擇n型或p型摻雜，具有高的遷移率和自旋散

2、射長(zhǎng)度以及磁光效應(yīng)和反常霍爾效應(yīng)。然而，事實(shí)上大部分稀磁半導(dǎo)體的居里溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室溫，其在常溫下沒有磁性不能被用來制作自旋電子器件。因此，要實(shí)現(xiàn)磁電一體化自旋電子器件就必須要提高材料的居里溫度。目前，對(duì)稀磁半導(dǎo)體研究的首要問題就是如何制備出更多種類的材料和尋找更適合廣泛摻雜的元素來提高稀磁半導(dǎo)體的居里溫度。本文所研究的主要內(nèi)容就是在Ⅳ族半導(dǎo)體材料Si中摻雜磁性過渡金屬M(fèi)n。
　　 本論文使用磁控濺射法制備Mn摻雜的Si量子點(diǎn)薄膜

3、，并用管式爐在Ar氣保護(hù)下對(duì)樣品進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理，得到了不同退火條件下的樣品。并用掃描電子顯微鏡(SEM)，原子力顯微鏡(AFM)對(duì)樣品的表面形貌隨溫度變化進(jìn)行了研究;用X射線衍射儀(XRD)，紅外光譜測(cè)試儀和X射線能譜圖(EMAX)等手段表征了樣品的微觀結(jié)構(gòu)和組分，了解了退火對(duì)樣品微觀結(jié)構(gòu)的影響;用電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)和霍爾效應(yīng)方法分析了樣品電學(xué)特性受退火溫度的影響情況;最后，用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量了樣品的磁滯回線，清楚了樣品的磁性特性

4、。本論文樣品襯底為P-Si(100)基片。
　　 對(duì)樣品形貌觀察發(fā)現(xiàn)，退火前樣品表面致密均勻，無團(tuán)簇小顆粒，經(jīng)退火后由于兩種元素的熱擴(kuò)散，在樣品表面出現(xiàn)了顆粒大小在20nm左右的小團(tuán)簇，經(jīng)EMAX對(duì)樣品中的元素分析認(rèn)為這些小團(tuán)簇可能是SiMn合金相，另外Mn也有一部分進(jìn)入了Si晶格。XRD測(cè)試告訴我們退火改變了樣品的結(jié)構(gòu)，使薄膜出現(xiàn)了SiMn第二相。紅外透射譜說明高溫退火可以改變SiMn薄膜的光學(xué)性質(zhì)。電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)和霍爾