對(duì)Fe-Co共摻Si薄膜的性能研究.pdf

1、電子既是電荷的負(fù)載體，又是自旋的負(fù)載體。在傳統(tǒng)的微電子學(xué)中，電子的輸運(yùn)過(guò)程僅利用它的荷電性由電場(chǎng)來(lái)控制，而它的自旋狀態(tài)是不予考慮的。自旋電子學(xué)就是一門(mén)以研究電子的自旋極化輸運(yùn)特性以及基于這些特性而設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的新型電子器件為主要內(nèi)容的一門(mén)交叉學(xué)科。 隨著科學(xué)的發(fā)展，半導(dǎo)體中各種自旋極化，如載流子自旋、磁性原子摻雜引入的自旋、半導(dǎo)體組成元素中原子的核自旋等已引起科學(xué)家廣泛的重視．這些涉及到半導(dǎo)體材料的自旋研究工作自然就導(dǎo)致了半導(dǎo)體自

2、旋電子學(xué)的出現(xiàn)．半導(dǎo)體自旋電子學(xué)主要包括兩個(gè)領(lǐng)域：一是半導(dǎo)體磁電子學(xué)，它是將磁性功能結(jié)合進(jìn)半導(dǎo)體中，如磁性半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與磁性材料的復(fù)合體．另一個(gè)領(lǐng)域就是半導(dǎo)體量子自旋電子學(xué)，它主要是指自旋的量子力學(xué)特性在半導(dǎo)體中的應(yīng)用． 目前，人們主要研究的是Ⅱ—Ⅵ、Ⅳ一Ⅵ、Ⅲ—Ⅴ族化合物基的稀磁半導(dǎo)體，然而，這些化合物半導(dǎo)體為基的稀磁半導(dǎo)體大多不是立方對(duì)稱(chēng)性，利用其制備出的自旋電子學(xué)器件很難與現(xiàn)有的Si基微電子器件相集成?？紤]到與當(dāng)前半導(dǎo)體

3、應(yīng)用中占主體地位的Si電子器件相兼容，人們一直在進(jìn)行著對(duì)Ⅳ族摻雜的研究。只是由于過(guò)渡族金屬元素在Si中固溶度很低，所以研究進(jìn)展比較慢。 在自旋電子學(xué)領(lǐng)域里，作為高自旋極化電子源的半金屬材料也被認(rèn)為是比較好的候選材料。M．A．Chernikov等人提出通過(guò)Co電子摻雜進(jìn)窄帶半導(dǎo)體FeSi中，可以實(shí)現(xiàn)Co、Fe替換，并且發(fā)現(xiàn)Fe1—xCoxSi化合物金屬—絕緣體轉(zhuǎn)變?cè)趚=0．02時(shí)出現(xiàn)。NCHOLU MANYALA等人提出，在窄帶半

4、導(dǎo)體FeSi中摻雜Co可以制成塊狀半金屬材料，他們發(fā)現(xiàn)Fe1—xCoxSi有非常大的反常霍爾效應(yīng)，并且認(rèn)為這種效應(yīng)是本征的，很可能來(lái)自于帶間結(jié)構(gòu)的影響而不是雜質(zhì)的擴(kuò)散，居里溫度達(dá)到53K。 本文利用磁控濺射儀采取非熱平衡方式制備了兩個(gè)系列FeCoSi薄膜樣品，一個(gè)系列是利用（Feco）復(fù)合靶與Si靶共濺射制備的。利用XRD對(duì)樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)量，結(jié)果表明樣品是非晶態(tài)。利用原子力顯微鏡AFM對(duì)樣品表面形貌進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示薄膜樣品隨著

5、（Feco）摻雜濃度的增加，樣品的粗糙度也隨著增大，（Feco）含量為20％、40％、45％、50％時(shí)，樣品粗糙度分別是1．87、2．03、2．57、17．12nm。在室溫下利用AGM對(duì)樣品進(jìn)行磁特性測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明（FeCo）0．40Si0．60顯示出微弱鐵磁性，制備態(tài)下的矯頑力為61．7840Oe；我們把該樣品在450°下進(jìn)行退火處理，退火后該樣品的矯頑力為61．8834Oe，退火前后矯頑力大小基本沒(méi)有變化，其余樣品均顯示順磁性。

6、利用自行搭建的輸運(yùn)綜合測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了室溫T（FeCo）0．40Si0．60樣品的霍爾效應(yīng)，結(jié)果顯示該樣品沒(méi)有明顯的霍爾效應(yīng)，我們認(rèn)為這是由于（FeCo）0．40Si0．60弱鐵磁性以及高摻雜（FeCo）引起的。 第二個(gè)系列樣品是利用Fe、Co、Si三靶按照Fe、Co配比為2：1和3：1共濺射制備的。利用XRD對(duì)樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)量，結(jié)果顯示樣品為非晶。利用原子力顯微鏡AFM對(duì)樣品表面形貌進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)Fe、Co、Si三靶濺射制備的薄