Fe(Cu、Cr)摻雜Ge(Si)基稀磁半導(dǎo)體薄膜的研究.pdf

1、近年來,稀磁半導(dǎo)體(DMS)作為半導(dǎo)體自旋電子學(xué)的基礎(chǔ)而受到廣泛關(guān)注。研究者希望通過控制半導(dǎo)體中的電子自旋提高傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù),使之成為高處理速度、低能量損耗的非易失性存儲器的基礎(chǔ)。
　　 眾多研究者在稀磁半導(dǎo)體領(lǐng)域做了大量的工作并取得可喜的成果,但是關(guān)于磁性起源的研究仍然沒有大的突破。針對此問題,本文采用離子注入、磁控濺射及離子束濺射的方法制備了Fe(Cu、Cr)摻雜Ge(Si)基稀磁半導(dǎo)體薄膜樣品,分析共摻雜、載流子類型及摻雜

2、母體的不同對樣品性質(zhì)的影響。
　　 1、用離子束濺射及離子注入的方法制備了Fe摻雜Ge基稀磁半導(dǎo)體薄膜樣品。Fe注入劑量分別為3×1016／cm2和4×1016／cm2,并分別在樣品中引入N離子,分析N的引入對Ge:Fe樣品的影響。對樣品的結(jié)構(gòu)與磁性進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)N的引入可以消除Ge:Fe樣品中的Fe3Ge2納米鐵磁性顆粒,使樣品所表現(xiàn)的磁性來源于樣品的本征性質(zhì)。樣品的輸運性質(zhì)符合變程跳躍模型,引入N后樣品的激活能降低。

3、　　 2、分別在n型Si(100)與P型Si(100)基底中注入不同劑量的Cu離子,比較母體的載流子類型對樣品性質(zhì)的影響。研究表明,Cu摻雜p-Si薄膜樣品在室溫下表現(xiàn)為抗磁性。而Cu摻雜n-Si薄膜樣品在室溫下表現(xiàn)為鐵磁性,且平均每個Cu原子的飽和磁化強度隨著注入量的增加而減小,這與樣品中Cu金屬顆粒的析出以及Cu離子之間的反鐵磁耦合有關(guān)。樣品的磁性來源于Cu離子之間的交換相互作用。樣品的電學(xué)性質(zhì)研究表明樣品的導(dǎo)電機理符合Efros

4、-Shklovskii變程跳躍模型,同時對電學(xué)性質(zhì)的研究也進(jìn)一步證實了磁性的來源。
　　 3、用磁控濺射并后退火的方法制備了Cr的Cr:Ge,Cr:Si系列薄膜樣品。采用X射線衍射(XRD)與X射線精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)相結(jié)合的方法對Cr摻Ge(Si)樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明:Cr:Ge系列樣品中的Cr替代Ge原子,進(jìn)入Ge晶格。對于Cr:Si系列樣品,當(dāng)Cr摻雜量較少時(8％),Cr處于替代位,當(dāng)摻雜量較高時,間隙位