Mn摻TiO-,2-稀磁半導(dǎo)體薄膜的磁、光、電學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體對(duì)于自旋電子學(xué)器件的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用具有十分重要的意義。目前研究最多的稀磁半導(dǎo)體薄膜材料分為摻雜過(guò)渡金屬(Mn、Co、Fe和Cr等)的Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族和過(guò)渡金屬氧化物三類。2001年Y.Matsumoto等人在Science上發(fā)表TiO<,2>摻雜Co的材料具有高于室溫居里溫度鐵磁性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，TiO<,2>摻雜Co稀磁半導(dǎo)體成為研究的重點(diǎn)。同樣其它的TiO<,2>基稀磁半導(dǎo)體的研究也成為當(dāng)前的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。本論文的內(nèi)容主要從以下三

2、個(gè)方面展開(kāi)：首先，摻雜濃度是Mn<,X>Ti<,1-X>O<,2-δ>稀磁半導(dǎo)體中重要課題之一，摻雜濃度過(guò)高會(huì)破壞TiO<,2>晶體結(jié)構(gòu)，飽和磁化強(qiáng)度變?nèi)?，但摻雜濃度太低，根據(jù)Dietl等人利用平均場(chǎng)理論計(jì)算的結(jié)果不利于提高居罩溫度；其次，對(duì)于：Mn<,X>Ti<,1-X>O<,2-δ>稀磁半導(dǎo)體的磁性來(lái)源有三種觀點(diǎn)：①M(fèi)n<,X>Ti<,1-X>O<,2-δ>的內(nèi)稟鐵磁性，②納米尺寸的Mn團(tuán)簇，③TiO<,2>的氧空位缺陷，到目前為止

3、還沒(méi)有統(tǒng)一；第三，Mn<,X>Ti<,1-X>O<,2-δ>稀磁半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)和電子輸運(yùn)的研究還很少有報(bào)道。 使用分子束外延沉積技術(shù)(MBE)在SrTiO<,3>(001)襯底上成功制備了不同Mn摻雜濃度(3﹪、6﹪和10﹪)的TiO<,2>稀磁半導(dǎo)體薄膜，本底真空優(yōu)于10<'-8>Spa，生長(zhǎng)過(guò)程氧氣分壓約為2.6×10<'-3>pa，襯底溫度約為460℃，Plasma射頻功率為200W，薄膜的厚度都約為120nm。XRD對(duì)

4、樣品的結(jié)構(gòu)表征表明：制備的薄膜結(jié)晶質(zhì)量較高，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Mn原子團(tuán)簇存在，薄膜中只存在單一的Mn<,X>Ti<,1-X>O<,2-δ>相。X射線光電子能譜(XPS)分析結(jié)果表明： Mn以+2價(jià)固溶到TiO<,2>晶格中，Mn離子部分替代Ti離子是主要的存在方式。 磁性測(cè)量顯示所有樣品都具有室溫鐵磁性。我們分析了摻雜Mn濃度分別為3﹪、6﹪和10﹪的稀磁半導(dǎo)體薄膜在室溫下的飽和磁化強(qiáng)度分別為0.85 μB/Mn、0.72 μB/Mn和