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对Fe-Co共掺Si薄膜的性能研究

作　者: 裴娟
导　师: 萧淑琴
学　校: 山东大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 共掺杂磁性半导体薄膜
分类号: O484.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

电子既是电荷的负载体,又是自旋的负载体。在传统的微电子学中,电子的输运过程仅利用它的荷电性由电场来控制,而它的自旋状态是不予考虑的。自旋电子学就是一门以研究电子的自旋极化输运特性以及基于这些特性而设计、开发的新型电子器件为主要内容的一门交叉学科。随着科学的发展,半导体中各种自旋极化,如载流子自旋、磁性原子掺杂引入的自旋、半导体组成元素中原子的核自旋等已引起科学家广泛的重视.这些涉及到半导体材料的自旋研究工作自然就导致了半导体自旋电子学的出现.半导体自旋电子学主要包括两个领域:一是半导体磁电子学,它是将磁性功能结合进半导体中,如磁性半导体或半导体与磁性材料的复合体.另一个领域就是半导体量子自旋电子学,它主要是指自旋的量子力学特性在半导体中的应用.目前,人们主要研究的是Ⅱ-Ⅵ、Ⅳ-Ⅵ、Ⅲ-Ⅴ族化合物基的稀磁半导体,然而,这些化合物半导体为基的稀磁半导体大多不是立方对称性,利用其制备出的自旋电子学器件很难与现有的Si基微电子器件相集成。考虑到与当前半导体应用中占主体地位的Si电子器件相兼容,人们一直在进行着对Ⅳ族掺杂的研究。只是由于过渡族金属元素在Si中固溶度很低,所以研究进展比较慢。在自旋电子学领域里,作为高自旋极化电子源的半金属材料也被认为是比较好的候选材料。M.A.Chernikov等人提出通过Co电子掺杂进窄带半导体FeSi中,可以实现Co、Fe替换,并且发现Fe_1-xCo_xSi化合物金属-绝缘体转变在x=0.02时出现。NCHOLU MANYALA等人提出,在窄带半导体FeSi中掺杂Co可以制成块状半金属材料,他们发现Fe_1-xCo_xSi有非常大的反常霍尔效应,并且认为这种效应是本征的,很可能来自于带间结构的影响而不是杂质的扩散,居里温度达到53K。我们利用磁控溅射仪采取非热平衡方式制备了两个系列FeCoSi薄膜样品,一个系列是利用（FeCo）复合靶与Si靶共溅射制备的。利用XRD对样品进行结构测量,结果表明样品是非晶态。利用原子力显微镜AFM对样品表面形貌进行测量,结果显示薄膜样品随着（FeCo）掺杂浓度的增加,样品的粗糙度也随着增大,（FeCo）含量为20%、40%、45%、50%时,样品粗糙度分别是1.87、2.03、2.57、17.12nm。在室温下利用AGW对样品进行磁特性测量,测量结果表明（FeCo）_0.40Si_0.60显示出微弱铁磁性,制备态下的矫顽力为61.7840Oe;我们把该样品在450°下进行退火处理,退火后该样品的矫顽力为61.8834Oe,退火前后矫顽力大小基本没有变化,其余样品均显示顺磁性。利用自行搭建的输运综合测量系统测量了室温下（FeCo）_0.40Si_0.60样品的霍尔效应,结果显示该样品没有明显的霍尔效应,我们认为这是由于（FeCo）_0.40Si_0.60弱铁磁性以及高掺杂（FeCo）引起的。第二个系列样品是利用Fe、Co、Si三靶按照Fe、Co配比为2:1和3:1共溅射制备的。利用XRD对样品进行结构测量,结果显示样品为非晶。利用原子力显微镜AFM对样品表面形貌进行测量,发现Fe、Co、Si三靶溅射制备的薄膜样品比第一个系列薄膜样品形貌表现出更加均匀平整的表面形貌,并且随着Fe、Co掺杂浓度的增加,样品的粗糙度减小。利用AGM对样品进行磁性测量,发现这些样品在室温下均呈现顺磁性。

对Fe-Co共掺Si薄膜的性能研究

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