單晶Fe-,3-O-,4-薄膜的磁性研究.pdf

1、隨著大規(guī)模的信息和多媒體時(shí)代的到來，飛速發(fā)展的各種電子信息的交換及存儲(chǔ)越來越要求器件的存儲(chǔ)密度更高，速度更快、功耗更低、尺寸更小及重量更輕。以電子自旋為核心的下一代半導(dǎo)體電子器件成為目前人們研究的熱點(diǎn)。磁性金屬薄膜和半導(dǎo)體的集成結(jié)構(gòu)的制備以及匹配特性研究成為半導(dǎo)體自旋電子學(xué)新器件的關(guān)鍵性應(yīng)用基礎(chǔ)研究，目前正受到越來越多的重視。本論文以Fe3O4單晶外延薄膜為主要研究對(duì)象，運(yùn)用鐵磁共振，磁光克爾效應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)分析，對(duì)薄膜的磁各向異性和表（界

2、）面效應(yīng)等進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.在半導(dǎo)體GaAs上外延的Fe3O4薄膜是在外延Fe薄膜后，采用500 K溫度中、5×10-5 mbar的氧氣壓下原位熱處理合成的，利用RHEED監(jiān)控可見Fe3O4薄膜相對(duì)于Fe薄膜在結(jié)構(gòu)上旋轉(zhuǎn)了45°，因此其晶胞相對(duì)于GaAs晶胞也旋轉(zhuǎn)了45°，外延關(guān)系為Fe3O4（100）<011>//GaAs（100）<001>；而對(duì)于Fe3O4/MgO/GaAs（100）結(jié)構(gòu)的薄膜，同樣

3、的生長(zhǎng)工藝下，由于Fe層相對(duì)于MgO層旋轉(zhuǎn)了45°角，因此Fe3O4的晶胞是平行于GaAs晶胞生長(zhǎng)的，其外延關(guān)系為Fe3O4（100）<001>//MgO（100）<001>//GaAs（100）<001>。
　　 2.Fe3O4（t）/GaAs（100）薄膜的厚度t變化對(duì)其磁各向異性有較大影響。隨著Fe3O4膜厚的增加，薄膜表現(xiàn)出的磁各項(xiàng)異性從以易軸為[0-11]方向的單軸各向異性為主，轉(zhuǎn)變到立方磁晶各向異性的逐漸長(zhǎng)大，以及最

4、終以立方磁晶各向異性為主的過程。
　　 3.通過在GaAs（100）和Fe3O4之間添加勢(shì)壘層MgO來考察Fe3O4（3nm）/MgO（t）/GaAs（100）體系的磁性變化，結(jié)果表明隨著勢(shì)壘層MgO厚度的增加，易磁化方向從[0-11]逐漸向<001>轉(zhuǎn)動(dòng)，磁各向異性由2度對(duì)稱的平面單軸各向異性過渡到四度對(duì)稱的平面立方各向異性。我們還首次發(fā)現(xiàn)當(dāng)MgO較厚時(shí)，如4 nm，四度對(duì)稱的平面立方各向異性易磁化方向從<001>又轉(zhuǎn)回到<0