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文檔簡介
1、現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,實現(xiàn)了信息的存儲和處理。存儲信息利用了磁性材料的磁矩,即電子的自旋自由度;處理信息通過半導(dǎo)體材料的電荷運動,即電子的電荷屬性,但是兩者一直獨立發(fā)展,互不兼容。稀磁半導(dǎo)體能夠同時利用電子的電荷屬性和自旋屬性,使材料既具有半導(dǎo)體性質(zhì)又有磁性。因此,稀磁半導(dǎo)體材料受到了廣泛的關(guān)注。
實驗中采用射頻磁控濺射和直流磁控濺射交替濺射的方法,在Si(100)基片上沉積了SiC/Cu稀磁半導(dǎo)體納米多層膜。采用XRD、XPS
2、、XAFS、R-T、Hall和SQUID等結(jié)構(gòu)表征及性能測試方法對SiC/Cu稀磁半導(dǎo)體納米多層膜進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
實驗制備了三個系列的納米多層膜樣品,①[SiCx-Cu]40:改變SiC的厚度,保持Cu的厚度不變,濺射周期為40個周期;②[SiCx-Cu]70:改變SiC的厚度,保持Cu的厚度不變,濺射周期為70個周期;③[SiC-Cux]30:保持SiC的厚度不變,改變Cu的厚度,濺射周期為30個周期。對樣品[SiCx-
3、Cu]40和[SiC-Cux]30進(jìn)行了退火處理。
首先對樣品的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了測試分析。XRD分析表明,[SiCx-Cu]40和[SiC-Cux]30在制備態(tài)和800℃退火下均沒有結(jié)晶跡象,經(jīng)過1200℃退火后樣品中形成了3C-SiC的晶體結(jié)構(gòu),且Cu的衍射峰變尖銳,說明其結(jié)晶質(zhì)量提高;不同的是,樣品[SiCx-Cu]70在SiC的厚度為1.0nm、1.5nm和2.0nm,Cu為0.6nm時,在制備態(tài)時就形成了3C-SiC晶
4、體結(jié)構(gòu),這是其他的樣品所不曾出現(xiàn)的現(xiàn)象。XPS分析證明,樣品[SiCx-Cu]40和[SiC-Cux]30在制備態(tài)時,Si-Si鍵和C-C鍵的強(qiáng)度明顯強(qiáng)于Si-C鍵和C-Si鍵,表明薄膜中SiC仍處于非晶狀態(tài),SiC的晶體結(jié)構(gòu)還沒有形成,但是部分Cu已摻入SiC的晶格并替代Si原子位;經(jīng)過1200℃退火后,Si-C鍵和C-Si鍵的強(qiáng)度強(qiáng)于Si-Si鍵和C-C鍵的強(qiáng)度,表明經(jīng)過1200℃后,該樣品中生成了3C-SiC晶體結(jié)構(gòu)。而[SiCx
5、-Cu]70在制備態(tài)下Si-C鍵的強(qiáng)度明顯強(qiáng)度Si-Si鍵的強(qiáng)度,這說明該樣品在制備態(tài)下就形成了SiC晶體結(jié)構(gòu),這與XRD的測試結(jié)果相一致。
對薄膜進(jìn)行輸運性能測試分析,樣品的測試溫度為10K-300K,由ρ-T曲線可以看出,樣品呈現(xiàn)半導(dǎo)體導(dǎo)電或金屬-半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制。對具有半導(dǎo)體導(dǎo)電特性的樣品按照ln(ρ)-T-1/4的關(guān)系進(jìn)行擬合,可知其導(dǎo)電機(jī)制為Mott變程躍遷和硬帶變程躍遷相結(jié)合的躍遷形式。低溫下Mott變程躍遷占據(jù)主導(dǎo)
6、地位,高溫下則是硬帶變程躍遷占主導(dǎo),說明樣品中的載流子是強(qiáng)局域化的。
在室溫下(300K)對部分樣品進(jìn)行了磁性能測試,所有的樣品均表現(xiàn)出室溫鐵磁性。樣品[SiCx-Cu]70的飽和磁化強(qiáng)度隨著單層SiC厚度的增加而逐漸變小,且最大的飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到16emu/cm3,其飽和磁化強(qiáng)度明顯優(yōu)于另外兩個系列的樣品在制備態(tài)下的飽和磁化強(qiáng)度,這說明在多層結(jié)構(gòu)的薄膜中單層薄膜的厚度對樣品的磁性有著較大的影響。在SiC/Cu稀磁半導(dǎo)體納米多
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