共摻雜SiC基稀磁半導體的局域結構、磁和電輸運性能.pdf

1、稀磁半導體由于兼具電子電荷和自旋兩種特性而成為自旋電子學這個新領域的研究熱點，但是有關第三代寬禁帶半導體SiC的研究工作在國內外還處于起步階段，因此選擇SiC作為稀磁半導體作為研究對象具有重要的理論意義和潛在的應用前景。采用射頻磁控濺射法分別制備了不同濃度的Mn/Co、Mn/Al和Co/N共摻雜SiC稀磁半導體薄膜，利用EDS、XRD、XPS、XAFS、SQUID、HALL、R-T等表征測試方法，系統(tǒng)地研究了SiC稀磁半導體薄膜的局域結

2、構及自旋相關磁、輸運特性，獲得如下結果：
　　制備態(tài)的Mn/Co、Mn/Al和Co/N共摻雜SiC薄膜均為無序的SiC非晶結構，800℃退火后薄膜開始形成3C-SiC晶體結構，在Mn/Co和Co/N共摻雜SiC薄膜中，析出Co2Si化合物，1200℃退火后，3C-SiC結晶性改善，并析出更多的Co2Si化合物。對于Mn/Al共摻雜薄膜，Al摻雜具有強化薄膜形成3C-SiC晶體結構的作用，經1200℃退火后析出Al9Si化合物。

3、r>　　在Mn/Co共摻雜SiC薄膜中，Mn和Co分別以Mn2+和Co2+的形式存在。在Mn/Al共摻雜SiC薄膜中，Mn以Mn2+形式存在，而Al在制備態(tài)的Mn/Al共摻薄膜中形成部分Al團簇，而摻雜進入SiC晶格中的Al則以Al3+的形式存在。在Co/N共摻雜SiC薄膜中，Co和N分別以Co2+和N3-形式存在。
　　在Mn/Co共摻雜SiC薄膜中，Mn、Co取代3C-SiC的C位，但是Co在1200℃退火態(tài)的薄膜中完全以Co

4、2Si化合物析出。在Mn/Al共摻雜SiC薄膜中，Mn取代3C-SiC的C位，而Al在800℃退火的薄膜中取代3C-SiC的C位。在Co/N共摻雜SiC薄膜中，N原子取代3C-SiC晶體的C位，而Co在退火態(tài)的薄膜中部分取代3C-SiC的C位，其余Co原子則形成Co2Si化合物。在退火態(tài)的Mn/Co、Mn/Al和Co/N共摻雜SiC薄膜不存在金屬團簇和金屬氧化物。與p、p型（Mn、Co）共摻相比，p、n（Co、N）型共摻由于兩種載流子之

5、間的相互吸引作用，有利于抑制第二相化合物的形成。
　　制備態(tài)、800℃和1200℃退火態(tài)Mn/Co、Mn/Al和Co/N共摻雜SiC薄膜都具有明顯的半導體特性。在低溫范圍內，其載流子輸運機制均符合Mott躍遷模型，即lnρ和(T)-1/4保持線性關系，證明載流子是局域化的。在3C-SiC薄膜中，與p型Co摻雜相比，p型Al摻雜具有更明顯的載流子調制作用，而N在共摻雜薄膜中呈現n型載流子調制作用。
　　Mn/Co、Mn/Al和