半金屬Fe-,3-O-,4-薄膜的制備及磁電性能研究.pdf

1、自旋電子學將電子的自旋特性引入電輸運過程,拓展了傳統(tǒng)微電子學的研究領域。基于自旋的電子器件引起了廣泛的關注,并成為最具前景的替代目前微電子器件的下一代產(chǎn)品,因此對高自旋極化率的料的開發(fā)有著重要的價值。半金屬是一種具有100％自旋極化率的材料,在自旋電子器件中有著重要的應用,因此得到了廣泛的研究。半金屬薄膜材料的制備工藝及電輸運性質(zhì)的研究也因此成為了凝聚態(tài)物理領域的熱點問題。在眾多的半金屬材料之中,Fe3O4因其高居里溫度(Tc=858

2、K)和低沉積溫度等優(yōu)點成為近年來自旋電子學領域的重點研究對象之一。 本論文制備了Fe3O4薄膜及Fe3O4/SiO2/Si異質(zhì)結(jié),并對其微觀結(jié)構(gòu)、電學、磁學及場發(fā)射性質(zhì)進行了系統(tǒng)的研究。 本文首先介紹了一種新的制備Fe3O4薄膜的方法。利用磁控濺射設備,采用Fe2O3靶材,在Ar和H2混合氣氛下制備了Fe3O4薄膜。XRD和XPS結(jié)果證實了產(chǎn)物為反尖晶石結(jié)構(gòu)的Fe3O4。高分辨電鏡和電子衍射花樣表明薄膜具有良好的結(jié)晶度。

3、由于H2的刻蝕作用,薄膜表面的粗糙度隨H2分壓的增大而增大。電阻隨溫度變化曲線中在115K附近出現(xiàn)明顯的Verwey相變,對應的非化學計量比為δ=1.7×10-3(Fe(3-δ)O4)。擬合結(jié)果顯示薄膜符合變程電子躍遷導電模型(VRH)。擬合曲線的斜率在相變溫度TV附近突然增大,符合TV以下能帶中出現(xiàn)帶隙的結(jié)果。薄膜的飽和磁化場高達5000 Oe,薄膜中存在反相邊界(APBs)。TV以下薄膜矯頑力增大,這與晶格對稱度的降低有關。低溫下沒

4、有觀察到交換偏置現(xiàn)象,表明APBs缺陷的密度很低。300 K時薄膜的磁電阻約為1％。 本文還探索了脈沖激光沉積(PLD)法制備Fe3O4薄膜的工藝。XRD和XPS結(jié)果表明所制備薄膜為純相Fe3O4。薄膜表面較為粗糙。電阻隨溫度變化曲線中沒有觀察到Verwey相變,薄膜中電子的輸運為晶粒間隧穿導電機制。 用磁控濺射法制備了Fe3O4/SiO2/Si異質(zhì)結(jié),高分辨電鏡結(jié)果顯示其具有清晰的界面。異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出良好的整流特性。不同