SiC-Cu超薄多層膜稀磁半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、輸運及磁性研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體，由于其兼具電子的電荷屬性和自旋屬性受到了科研人員的廣泛關(guān)注，具有不可比擬電子器件的潛在應(yīng)用價值。SiC由于具有良好的導(dǎo)電性，高的熱導(dǎo)率以及高的飽和電子遷移速度等性質(zhì)，使得SiC基稀磁半導(dǎo)體備受關(guān)注。實驗通過射頻和直流交替磁控濺射制備了具有周期性結(jié)構(gòu)的 SiC/Cu超薄稀磁半導(dǎo)體多層膜，一方面非磁性摻雜元素Cu有效避免了磁性元素帶來的磁性第二相對于體系本征鐵磁性的干擾，另一方面，通過交替沉積，擴大了SiC和Cu的接觸面積，改善

2、了因Cu摻雜濃度低而導(dǎo)致的飽和磁化強度低的問題。本論文分析討論了多層膜SiC/Cu的Cu層厚度以及退火溫度對于樣品的結(jié)構(gòu)、輸運以及磁性等的影響，而有關(guān)于 SiC/Cu這種多層膜的研究也是鮮有報道。
　　對于不同Cu層厚度的制備態(tài)SiC/Cu多層膜，用X射線反射率譜表征了其多層膜的周期性結(jié)構(gòu)，且單層厚度處于埃級水平。傅里葉紅外吸收結(jié)果表明SiC層是非晶中嵌有類晶的混合結(jié)構(gòu)。X射線光電子能譜證明了Cu-C鍵的存在，并且Cu元素以單質(zhì)C

3、u和Cu+的形式存在。X射線吸收精細結(jié)構(gòu)及其擬合結(jié)果表明部分Cu原子以替位Si和Cu團簇的形式進入SiC中。樣品的光致發(fā)光證明了SiC以極小的納米晶形式存在，且所有樣品峰位都均處于437nm，其發(fā)光機制來源于SiC納米晶發(fā)光。輸運測試結(jié)果表明，所有的多層膜都具有P型半導(dǎo)體特征，其載流子濃度都在1020的數(shù)量級，且隨著Cu層厚度的增加而降低，Mott變成躍遷是樣品的主要輸運機制。另外，所有樣品都表現(xiàn)出負磁阻特性，磁電阻的理論擬合表明載流子

4、之間的p-d交換作用隨著Cu層厚度的增加而降低。態(tài)密度的計算證明了體系的鐵磁性來源于Cu3d和C2p的p-d交換作用。磁性測量顯示所有樣品都具有室溫鐵磁性，飽和磁化強度最高達到12.14 emu/cm3，且隨著Cu層厚度的增加而降低，這是因為隨著Cu層厚度的增加，載流子濃度降低，體系的p-d交換作用減弱，進而使得飽和磁化強度減小。
　　對不同溫度真空退火處理的樣品。退火后的樣品SiC層是非晶中嵌有類晶的混合結(jié)構(gòu)，而Cu原子部分耦合

5、進入了SiC層，并且替位Si位，以Cu、Cu+和Cu2+的混合價態(tài)形式存在。退火樣品的光致發(fā)光譜證明了SiC以極小納米晶的形式存在的結(jié)構(gòu)，其發(fā)光效應(yīng)來源于SiC納米晶。所有的多層膜都具有P型半導(dǎo)體特征，Mott變成躍遷是樣品的主要輸運機制，并且均具有室溫鐵磁性。Hall測試表明，電阻率ρ隨著退火溫度的升高而增加，載流子濃度Pc和飽和磁化強度Ms隨著退火溫度的升高而降低，體系的鐵磁性仍源于載流子調(diào)節(jié)的p-d交換作用。退火后的樣品表現(xiàn)出了正