Mn摻雜的Si的電磁特性研究.pdf

1、稀磁半導體(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體材料。稀磁半導體可以制備在無外磁場和其他磁性材料幫助下就能利用自旋的半導體器件，使傳統(tǒng)的電子工業(yè)面臨一場新的技術(shù)革命。理想稀磁半導體居里溫度大于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、射長度以及磁光效應和反?；魻栃?。然而，事實上大部分稀磁半導體的居里溫度遠遠低于室溫，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，對稀磁半導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體的居里溫度。本文所研究的主要內(nèi)容就是在Ⅳ族半導體材料Si中摻雜磁性過渡金屬Mn。
　　 本論文使用磁控濺射法制備Mn摻雜的Si量子點薄膜

3、，并用管式爐在Ar氣保護下對樣品進行高溫擴散處理，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)對樣品的表面形貌隨溫度變化進行了研究;用X射線衍射儀(XRD)，紅外光譜測試儀和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，了解了退火對樣品微觀結(jié)構(gòu)的影響;用電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)和霍爾效應方法分析了樣品電學特性受退火溫度的影響情況;最后，用振動樣品磁強計測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。
　　 對樣品形貌觀察發(fā)現(xiàn)，退火前樣品表面致密均勻，無團簇小顆粒，經(jīng)退火后由于兩種元素的熱擴散，在樣品表面出現(xiàn)了顆粒大小在20nm左右的小團簇，經(jīng)EMAX對樣品中的元素分析認為這些小團簇可能是SiMn合金相，另外Mn也有一部分進入了Si晶格。XRD測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薄膜的光學性質(zhì)。電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)和霍爾