fe3o4薄膜的制备和低温物性研究

《fe3o4薄膜的制备和低温物性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文Fe3O4薄膜的制备和低温物性研究王聪哈尔滨工业大学2008年7月国内图书分类号：O482.54国际图书分类号：538理学硕士学位论文Fe3O4薄膜的制备和低温物性研究硕士研究生：王聪导师：隋郁教授申请学位：理学硕士学科、专业：凝聚态物理所在单位：物理系答辩日期：2008年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O482.54U.D.C.:538DissertationfortheMasterDegreeinScienceTHEPREPARATIONANDLO

2、W-TEMPERATUREPHYSICALPROPERTIESOFFe3O4FILMSCandidate:WangCongSupervisor:Prof.SuiYuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpeciality:CondensedmatterphysicsAffiliation:DepartmentofphysicsDateofDefence:July,2008Degree-Conferring-Institution:HarbinInsti

3、tuteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要近二十年来，为了将磁电子学应用到现在已经非常成熟的半导体产业中，很多人逐渐把注意力集中到半导体磁电子学上来。这门新兴学科的主要优点是可以与传统的金属氧化物半导体工艺兼容，从而将凝聚态物理的两大分支－半导体物理和磁学有机地结合起来，即在传统的以电荷为基础的半导体上添加自旋自由度，使现在的电子学器件的功能得到扩展，性能获得改善，提高数据处理的速度和集成密度以及降低功耗等，使当今已经十分成熟的微电子技术得到扩展。现在，半导体磁电子学被认

4、为是磁电子学大规模实用化的最现实途径和今后发展的主流方向。本文研究了单晶Si衬底上的Fe3O4薄膜的制备方法及其低温物理性质，将磁电子学中的半金属材料和半导体材料结合在一起，为磁电子学的实用化打下基础。本文利用激光分子束外延(LMBE)设备成功的在单晶Si(100)和Si(111)衬底上制备了厚度为几十纳米且没有杂相的Fe3O4薄膜，发现薄膜取向与衬底取向有很大关系。TEM照片显示样品呈Fe3O4-SiO2-Si结构，而磁性测量显示Fe3O4薄膜具有明显的磁各向异性。在研究Fe3O4-SiO2-

5、Si结构的电阻与温度的关系时，发现样品在低温下表现出Fe3O4薄膜本身的输运性质。但温度升高后，其电阻却会迅速下降，在接近室温时出现了从半导体导电性到金属导电性的转变，与一般的Fe3O4薄膜有很大不同。参考已有的研究结果，本文提出了双电流通路模型来解释Fe3O4-SiO2-Si结构的输运性质。根据这一模型，我们将Fe3O4-SiO2-Si结构的磁电阻分为三个温区来讨论。在第一温区内，由于温度较低，电子难以穿过SiO2绝缘层，电流被限制在Fe3O4薄膜里，样品表现出Fe3O4薄膜本身的磁电阻；随着

6、温度上升到第二温区，由于热激发，电子有一定几率穿过SiO2层，从反型层通路传导，所以样品表现出的磁电阻逐渐从Fe3O4薄膜的负磁电阻转变为反型层的正磁电阻，而且在这一温区出现了异常大的低场负磁电阻；到第三温区，电流基本上全部从反型层导通，样品表现出反型层的正磁电阻效应，由于反型层的正磁电阻正比于零场电导率，随着温度升高，零场电导率下降，样品的正磁电阻也降低了。最后，本文研究了Fe3O4-SiO2-Si结构在不同温度下的霍耳效应，进一步证明了双电流通路模型的正确性，并知道了反型层为空穴载流子导电。

7、考虑到Fe3O4和Si的功函数不同，会在SiO2层两边界面附近产生内建电场，引起-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文能带弯曲，使Si的费米能级进入价带，从而产生了P型的反型层。我们还研究了Fe3O4-SiO2-Si结构在第二温区出现异常大的低场磁电阻的原因。因为在这一温区中Fe3O4薄膜和反型层通路中都有电流流通，所以这种奇特的现象应该和反型层有关。测量了室温下Fe3O4-SiO2-Si结构的I-V特性后，我们了解到反型层的电阻与所加的电压有很大关系。根据这个性质，可以得知测试得到的Fe3O4-

8、SiO2-Si结构的低场负磁电阻实际上是Fe3O4薄膜和反型层电阻的减小叠加在一起的结果，这种叠加效果放大了Fe3O4薄膜本身的低场磁电阻。关键词：半金属氧化物；激光分子束外延；Fe3O4薄膜-II-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractInrecentyears,becauseoftheforegroundofapplicationinsemiconductorindustrywhichisverymaturenow,semiconductor-magnetoelectronicsha