Mn、Co摻雜SiC稀磁半導(dǎo)體薄膜的制備及物性研究.pdf

1、信息時代的到來，對信息的處理、傳輸和存儲的一體化提出了更高的要求，人們期望得到稀磁半導(dǎo)體為代表的自旋電子器件以滿足要求。SiC稀磁半導(dǎo)體既具有優(yōu)良的半導(dǎo)體性能又有磁性，是潛在自旋電子器件的優(yōu)良材料，受到了人們廣泛的關(guān)注。
　　 采用射頻磁控濺射共濺射法，制備Mn、Co摻雜的SiC稀磁半導(dǎo)體薄膜。薄膜在4×10-4Pa條件下進行1200℃、800℃，1h的退火處理。薄膜厚度約400nm。采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(

2、SEM)、X射線光電子能譜(XPS)和X射線吸收精細結(jié)構(gòu)技術(shù)(XAFS)對薄膜進行表征，通過多功能物理測試系統(tǒng)(PPMS)和熒光光譜儀對薄膜的磁性和光致發(fā)光特性進行測試，通過R-T、I-V曲線對薄膜的半導(dǎo)體輸運特性進行研究。結(jié)果如下：
　　 1、Mn、Co摻雜SiC薄膜在2θ=35.8°處存在衍射峰，這個衍射峰位為3C-SiC的第一強峰，說明薄膜的晶體結(jié)構(gòu)為3C-SiC。Mn、Co的摻雜使SiC晶格發(fā)生畸變，SiC衍射峰半高寬增

3、大。隨著摻雜濃度的升高，衍射峰從高角度向低角度移動。經(jīng)過1200℃退火的薄膜，出現(xiàn)了Mn4Si7、CoSi第二相化合物。
　　 2、經(jīng)XPS，XAFS表征，對于制備態(tài)的SiC薄膜和退火后的SiC薄膜，Mn、Co均以離子態(tài)摻入薄膜中，且均為+2價。經(jīng)分析，Mn、Co是以替位形式摻入SiC晶格。退火后的Mn、Co摻雜SiC薄膜Si2p的XPS圖譜中也發(fā)現(xiàn)了Mn-Si鍵和Co-Si鍵，與XRD表征出薄膜中存在第二相的結(jié)果相一致，進一步

4、印證了Mn4Si7、CoSi第二相化合物的存在。
　　 3、Mn、Co摻雜SiC薄膜的I-V曲線為線性關(guān)系，Mn、Co的摻雜沒有形成金屬-絕緣顆粒薄膜，證明薄膜中不存在金屬團簇，形成的是非均勻體系的薄膜。R-T曲線測試表明，Mn、Co摻雜后，SiC薄膜的電阻率隨溫度的升高而降低，證明SiC薄膜仍具有半導(dǎo)體屬性。
　　 4、磁性測量表明，Mn、Co摻雜SiC薄膜都具有室溫鐵磁性。在制備態(tài)的Mn摻雜SiC薄膜中，隨著Mn摻雜