mn掺杂si电磁特性的研究论文

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1、Mn掺杂的si的电磁特性研究／11．ff‘Hllllff-yllll≯l#lU5mfflllff9摘要稀磁半导体(DilutedMagneticSemiconductors)是指在III—V族、II一Ⅵ族、II—V族或Ⅳ一Ⅵ族化合物中掺入磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分代替非磁阳离子的一类新半导体材料。稀磁半导体可以制备在无外磁场和其他磁性材料帮助下就能利用自旋的半导体器件，使传统的电子工业面临一场新的技术革命。理想稀磁半导体居里温度大于500K，形成载流子的杂质能带自旋分裂和铁磁性相关联，可以选择n型或P型掺杂，具有高的迁移率和自旋散射长度

2、以及磁光效应和反常霍尔效应。然而，事实上大部分稀磁半导体的居里温度远远低于室温，其在常温下没有磁性不能被用来制作自旋电子器件。因此，要实现磁电一体化自旋电子器件就必须要提高材料的居里温度。目前，对稀磁半导体研究的首要问题就是如何制备出更多种类的材料和寻找更适合广泛掺杂的元素来提高稀磁半导体的居里温度。本文所研究的主要内容就是在Ⅳ族半导体材料Si中掺杂磁性过渡金属Mn。本论文使用磁控溅射法制备Mn掺杂的Si量子点薄膜，并用管式炉在Ar气保护下对样品进行高温扩散处理，得到了不同退火条件下的样品。并用扫描电子显微镜(SEM)，原子力显微镜(AFM)对样

3、品的表面形貌随温度变化进行了研究；用x射线衍射仪(XRD)，红外光谱测试仪和X射线能谱图(EMAX)等手段表征了样品的微观结构和组分，了解了退火对样品微观结构的影响；用电流一电压(工一V)和霍尔效应方法分析了样品电学特性受退火温度的影响情况；最后，用振动样品磁强计测量了样品的磁滞回线，清楚了样品的磁性特性。本论文样品衬底为P—Si(100)基片。对样品形貌观察发现，退火前样品表面致密均匀，无团簇小颗粒，经退火后由于两种元素的热扩散，在样品表面出现了颗粒大小在20nm左右的小团簇，经EMAX对样品中的元素分析认为这些小团簇可能是SiMn合金相，另外

4、Mn也有一部分进入了Si晶格。XRD测试告诉我们退火改变了样品的结构，使薄膜出现了SiMn第二相。红外透射谱说明高温退火可以改变SiMn薄膜的光学性质。电流一电压(I-V)和霍尔效应给出了样品的电学特性随扩散温度变化的关系，扩散温度越高，电学性能越好。从振动样品磁强计测得的磁滞回线知道制备的样品具有高于室温的磁性，分析认为这些磁性组要来自前面SEM观察到的镶嵌在薄膜里的SiMn合金颗粒。关键词：稀磁半导体；电子自旋；Mn掺杂：SiMn稀磁半导体；退火温度STUDYOFTHEPROPERTIESANDTHEQUANTUMSTRUCTUI己EPREP

5、ARATIONOFDILUTEMAGNETICSILICON(Si)ABSTRACTDilutedmagneticsemiconductor(DMS)ReferstotheIII—Vgroup，II—VIgroup，II-VgrouporIV-VIgroupcompoundmixedwithmagnetictransitionmetalionsorrareearthmetalionspartiallyreplacethenon—magneticcationsofanewclassofsemiconductormaterials。Dilutedma

6、gneticsemiconductorscarlbepreparedthesemiconductordeviceuseofthespinintheabsenceofextemalmagneticorunderhelpofothermagneticmaterials，whichmadethetraditionalelectronicindustryfacedwithanewtechniquerevolution．theCurietemperatureofIdealdilutemagneticsemiconductorgreaterthan500K，

7、formingcarrierimpurityenergybandspinsplittingandferromagneticphasecorrelation，CanchoosenorPtypedoping，highmobilityandspinscatteringlengthaswellasthemagneto-opticaleffectandanomalOUSHolzereffect．However,thefactthatmostdilutemagneticsemiconductor’SCurietemperaturesfarbelowroomt

8、emperature，atnormaltemperaturewithoutmagneticcannotbeusedtomakethesp