Si基稀磁半導體的X射線吸收譜學研究.pdf

1、本論文主要利用同步輻射X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜學(XAFS)技術(shù)，結(jié)合X射線衍射(XRD)和拉曼光譜等實驗方法聯(lián)合研究了磁控濺射共濺射方法和分子束外延方法制備的Si基稀磁半導體薄膜的結(jié)構(gòu)，獲得了Fe摻雜和Mn摻雜的Si基薄膜樣品中Fe原子和Mn原子的分布和配位環(huán)境等結(jié)構(gòu)參數(shù)。同時利用基于有效單粒子相對論性自恰實空間Green函數(shù)方法的FEFF8理論計算，通過對Fe原子和Mn原子摻雜Si基稀磁半導體體系中的Fe原子和Mn原子的典型占位構(gòu)建模型

2、，分析了Fe原子和Mn原子在體系中的存在形式與占位情況，明確了Fe原子和Mn原子摻雜Si基稀磁半導體薄膜中Mn原子主要是以替位式形式存在、Fe原子的存在形式則由樣品的制備溫度決定。這些都為Si基稀磁半導體材料的可控制備提供了依據(jù)。
　　 1.Fe摻雜Si基稀磁半導體薄膜的結(jié)構(gòu)研究
　　 利用XAFS和拉曼光譜等方法研究了磁控濺射共沉積方法制備的FexSi1-x稀磁半導體薄膜的結(jié)構(gòu)。Raman結(jié)果表明室溫下制備的樣品中不存

3、在金屬Fe團簇或者Fe-Si化合物的物相，473K溫度下制備的樣品中已經(jīng)有FeSi2化合物物相存在。利用FEFF8程序模擬了Fe占據(jù)Si晶格替代位、四角間隙位和六角間隙位等三種最具代表性的理論模型的徑向結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，通過與實驗曲線對比，明確了Fe在樣品中存在形式依賴于樣品制備溫度。室溫下制備的樣品中，F(xiàn)e原子進入Si晶格后，主要以替代位形式Fesi存在;而當制備溫度達到473K，薄膜樣品中的Fe主要以FeSi2化合物的形式存在。同時，利

4、用XAFS方法研究了473K條件下，用分子束外延方法制備的FexSi1-x稀磁半導體薄膜的結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果與前面得到的結(jié)果相一致，即當制備溫度達到473K后，F(xiàn)e原子分散到Si介質(zhì)后，主要與Si原子反應，生成FeSi2化合物。
　　 2.Mn摻雜Si基稀磁半導體薄膜的結(jié)構(gòu)研究
　　 利用XRD和XAFS方法研究了473K條件下制備的MnxSi1-x稀磁半導體薄膜的結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果表明兩個不同Mn含量的樣品中均不存在金屬Mn

5、團簇或者Mn-Si化合物的物相。Mn K邊的XAFS結(jié)果表明對于所有Mn摻雜含量(3.0％，10.0％)的樣品，Mn原子均已經(jīng)分散到Si的介質(zhì)。EXAFS擬合結(jié)果表明，Mn原子與最近鄰的Si原子的平均配位鍵長約為2.35(A)，配位數(shù)約為4.1，與Mn占據(jù)替代位的結(jié)構(gòu)參數(shù)相近。利用FEFF8程序模擬了Mn原子占據(jù)Si晶格替代位、四角間隙位和六角間隙位等三種最具代表性的理論模型的徑向結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線，通過與實驗曲線對比，明確了Mn原子在樣品中