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《河北师范大学》 2009年
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Mn掺杂Ge/Si基稀磁半导体薄膜的磁性研究

乔双  
【摘要】: 在现代信息技术中,信息处理通过控制电子的电荷来实现,而信息的存储则通过控制电子的自旋来实现。如果可以同时利用电子的电荷和自旋这两种载体,就可以引导出全新的信息处理方式和信息存储模式。稀磁半导体材料中同时利用了电子的自旋和电荷,具有了半导体材料的电荷输运特性和磁性材料的信息存储特性,是一种新型的功能材料。由于过渡族或稀土族磁性元素的掺入,和传统的半导体相比,稀磁半导体具有了一些奇异的性质。 本文中,我们通过磁控溅射方法制备了系列高Mn掺杂的纳米尺寸Mn_xGe_(1-x)和Mn_xSi_(1-x)复相纳米结构材料。其中Mn_xGe_(1-x)分为直接沉积和基底加热沉积两系列,Mn_xSi_(1-x)为直接沉积系列。XRD结果显示所有样品都分别表现为Ge/Si基本征峰。MFM测量没有发现任何明显的磁畴,这暗示了我们制备的样品不存在可能的强磁性团簇或颗粒。XPS测量表明Mn_xGe_(1-x)系列样品中Mn处于+2或+3价,Ge基体处于零价;Mn_xSi_(1-x)系列样品中,由于Mn与Si的相互作用导致结合能峰位向较小方向移动。在R-T表征中,样品的电阻率随温度的增加而减小,显示出明显的半导体特性。霍尔效应测量表明室温下样品都表现为正常霍尔效应。并且所有Mn_xGe_(1-x)和Mn_xSi_(1-x)样品都是p型半导体,载流子浓度随Mn原子含量的增加而增大。磁性测量表明直接沉积的Mn_xGe_(1-x)样品表现出低温铁磁性,加热沉积的样品具有室温以上的铁磁性。其铁磁性由s,p空穴载流子和Mn原子的d电子的交换相互作用和空穴载流子的自旋轨道耦合产生。而直接沉积的Mn_xSi_(1-x)样品具有本征室温铁磁性,它的饱和磁化强度随Mn浓度增加而减小,这与空穴载流子浓度的变化正好相反。因此,Mn_xSi_(1-x)样品中铁磁性是由传导电子与稀疏的分布的Mn原子之间的长程铁磁交换相互作用产生的。
【学位授予单位】:河北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O484.43

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