Ge纳米结构的形貌与铁磁性研究-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．3(2013)037502Ge纳米结构的形貌与铁磁性研究术赵翠莲)2)甄聪棉)卡马丽)潘成福)侯登录)1)(河北省新型薄膜材料实验室，河北师范大学物理科学与信息工程学院，石家庄050024)2)(河北工程技术高等专科学校图书馆，沧州061001)(2012年7月25日收到；2012年9月8日收到修改稿)利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了厚度不同的Ge薄膜，随着样品厚度的减小，样品表现出了室温铁磁性．厚度为12am样品经过300。C退火后，由于颗粒细化，颗粒之间的界面增加，界

2、面缺陷增加，样品表现出最大的铁磁性(50emu／cm3)．场冷却和零场冷却曲线测试表明居里温度约为350K．进行600。C退火后，颗粒团聚。样品的铁磁性最小．当样品厚度进一步减小为6am时，沉积态样品表现出铁磁性和顺磁性共存．对6nm厚的样品进行300。C退火后，样品只具有铁磁性．进行600。C退火后，样品却只具有顺磁性．12nm和6am厚的Ge纳米结构薄膜随退火温度变化表现出不同的磁性规律，我们认为是由于样品的颗粒大小和颗粒分布不同造成的．样品越薄，Si基底与Ge薄膜之间的界面缺陷越明显，界面缺陷以及Ge颗粒之间的界面缺陷为样品

3、提供了未配对电子，未配对电子的铁磁性耦合强度与样品颗粒的分布以及颗粒之间的结合有一定的关系．颗粒之间分散或颗粒之间的融合程度大都将会降低样品的铁磁性．关键词：Ge纳米薄膜，铁磁性，缺陷，颗粒分布PACS：75．70．一i，75．50．PpDOI：10．7498／aps．62．037502于Si／SiOx界面．Ge作为“第一代半导体材料”，其1引言生产工艺已比较成熟．Ge与Si相比，具有更小的电子、空穴有效质量和更高的介电常数，其载流子迁最近，非磁性材料在低维度时呈现出了室温铁移率是Si的2．5倍．如果Ge材料能够具有铁磁性，磁性引

4、起了研究者的广泛兴趣．非掺杂纳米结构材那么就可以实现Ge的电子自旋和电荷两个自由度料的铁磁性不是偶然的现象，在金属纳米颗粒[1I2]的集成控制．2007年，Liou等[14，15】报道了用热蒸和没有过渡族元素掺杂的氧化物[3-5]和半导体纳发的方法在聚苯乙烯纳米微球上沉积Ge纳米结构米结构[6-8】中都观察到了这种室温铁磁性．的室温铁磁性，认为Ge纳米结构的铁磁性与Ge层Ⅳ族材料由于与Si工艺兼容一直以来都是人的厚度以及聚苯乙烯球的半径有关，如果在Ge层们关注的热点．Zhou等[91利用密度泛函理论证的上面覆盖5am的Au，Cu，

5、Ag，Si，A1，Ge层，发现实了石墨烯经半氢化处理后具有铁磁性．Sepioni样品的磁性增强了．等[1o】和Makarova等[11]也从实验上观测到了石目前，还没有更多关于半导体Ge铁磁性研究墨烯的铁磁性．同为IV族材料的Si也发现具有报道，这是一个全新的领域．半导体Ge材料铁磁性铁磁性．2007年Kopnov等_12J报道Si片经HF和的研究对自旋电子学器件的发展具有重要的意义．KOH溶液处理后，形成一层氧化物时具有明显的为了实现Ge材料的铁磁性以及对Ge材料的铁磁磁特性．Yin等[13]在Si(100)基底上生长Co掺杂性

6、起源进行更深入地研究，我们制备了不同厚度的的ZnO时，发现样品具有室温铁磁性，其磁性归因Ge纳米薄膜，并对其进行了不同温度的退火处理．国家自然科学基金(批准号：10804026，51101049)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号：20111303120002)资助的课题十通讯作者．E—mail：cmzhen@hebtu．edu．cn④2013中国物理学会clIinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．ac．cn037502．1钾磁嚣㈣峨插图c不同沉积时，的G。薄膜的xRR图谱．插。037

7、502．2物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．3(2013)037502GeimAK，GrigorievaIV2010Phys．Rev．Lett．105207205[13]YinZG，ChenNELiZhangXBaiYM，ChaiCL，XieYN[11】MakarovaTL，ShelankovAL，SerenkovISakharovVI，ZhangJ2008App1．P^．Lett．93142109BoukhvalovDW2011Phys．Rev．B83085417[14】LionSuPwShenYL2007A

8、pp1．Phys．Lett．90182508[121KopnovG，VagerZ，NaamanR2007Adv．Mater．19925[15]LiouYShenYL2008Adv．Mater2O779Morphologyandferromagnet