Fe3O4-SiO2-Si結(jié)構(gòu)反型層輸運(yùn)特性的研究.pdf

1、Fe3O4由于其高達(dá)840 K的居里溫度以及磁電阻效應(yīng)而被廣泛研究，Si基半導(dǎo)體是集成電路的基礎(chǔ)。將二者相結(jié)合，構(gòu)成Fe3O4-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自旋電子材料的半導(dǎo)體器件，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。同時(shí)，Si半導(dǎo)體具有光生伏特效應(yīng)。因此，F(xiàn)e3O4-SiO2-Si結(jié)構(gòu)器件可以實(shí)現(xiàn)磁性、光學(xué)性質(zhì)和半導(dǎo)體的結(jié)合。反型層在場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）結(jié)構(gòu)中具有決定性作用。由于Fe3O4具有較高的功函數(shù)，所以當(dāng)Fe3O4

2、薄膜沉積到 Si基片時(shí)會(huì)在Si基片表面生成反型層。本文著重研究了反型層對(duì)Fe3O4-SiO2-Si結(jié)構(gòu)電磁輸運(yùn)性質(zhì)及側(cè)向光伏效應(yīng)的影響。
　　首先，研究了Fe3O4-SiO2-Si結(jié)構(gòu)的磁輸運(yùn)性質(zhì)。隨著溫度的升高，電阻先下降后升高，當(dāng)溫度高達(dá)330 K后，電阻又隨著溫度的升高而下降，實(shí)現(xiàn)了電子傳輸通道的轉(zhuǎn)換。這可以利用雙通道模型進(jìn)行解釋，F(xiàn)e3O4-SiO2-Si結(jié)構(gòu)器件可以看成由薄膜傳輸通道和反型層傳輸通道并聯(lián)的等效電路構(gòu)成。從

3、電阻隨溫度的變化關(guān)系也可以看到，低溫時(shí)電子在 Fe3O4薄膜中傳輸，隨著溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)的作用使電子能穿過SiO2層進(jìn)入電阻率低的反型層中傳輸，溫度再次升高后，反型層電阻升高而Fe3O4電阻下降，電子又再次進(jìn)入Fe3O4中傳輸。隨著溫度的改變?cè)趦蓪觽鬏斖ǖ乐g的轉(zhuǎn)變。因此當(dāng)電子完全在 Fe3O4中輸運(yùn)時(shí)表現(xiàn)出Fe3O4負(fù)磁電阻效應(yīng)，電子在反型層中傳輸時(shí)表現(xiàn)出反型層的正磁電阻效應(yīng)，當(dāng)電子在二者之間轉(zhuǎn)換的極小溫區(qū)范圍內(nèi)表現(xiàn)出較大的放大性磁電

4、阻效應(yīng)。
　　其次，研究了雙島狀Fe3O4-SiO2-Si結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)性質(zhì)，由于Fe3O4薄膜不能直接相連，因此電子實(shí)現(xiàn)了Fe3O4-Si-Fe3O4的傳輸。由于Fe3O4薄膜的不連續(xù)性，造成Si基片內(nèi)部反型層的不連續(xù)，而且Si基片電阻值遠(yuǎn)高于Fe3O4薄膜和反型層電阻，所以使電子的輸運(yùn)主要在 Si中，電阻表現(xiàn)出Si的半導(dǎo)體特性，磁電阻也是由于洛倫茲力對(duì)Si基片中電子的影響而出現(xiàn)的正磁電阻效應(yīng)。
　　最后，研究了普通Fe3O4

5、-SiO2-Si結(jié)構(gòu)和雙島狀Fe3O4-SiO2-Si結(jié)構(gòu)的側(cè)向光伏效應(yīng)。兩種結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出良好的側(cè)向光伏效應(yīng)，但雙島狀結(jié)構(gòu)的側(cè)向光伏效應(yīng)更明顯。這是由于沉積Fe3O4薄膜后，Si基片內(nèi)部形成了由反型層和Si基片組成的類似 p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，在激光照射下產(chǎn)生光生載流子。而反型層進(jìn)一步又為載流子的橫向傳輸提供了條件，由于反型層內(nèi)部載流子濃度梯度的關(guān)系，載流子產(chǎn)生了橫向的移動(dòng)，形成側(cè)向光伏效應(yīng)。雙島狀結(jié)構(gòu)中由于Si基片內(nèi)部反型層是不連續(xù)的，因此光