文档介绍：河北师范大学
硕士学位论文
Ge/Si基稀磁半导体薄膜的结构及磁性研究
姓名:赵蔚
申请学位级别:硕士
专业:理论物理
指导教师:侯登录
20100402
摘要
随着人们对信息的需求量越来越大,传统的信息传输和存储技术已不能满足人们的
需要,此时,集电子的电荷和自旋于一体的稀释磁性半导体材料,成为人们最感兴趣的
研究课题之一。许多研究小组建立模型,从理论上计算居里温度,研究其磁性机制,实
验上也同步发展,制备出具有不同居里温度的铁磁性半导体材料。理论与实验结合发展,
使得关于稀释磁性半导体材料的研究成果日新月异。
本文工作采用磁控溅射和离子注入两种制备方法,研究了共掺杂薄膜的结构及磁学
特性等。先用磁控溅射制备了 Ge1-xMnx 薄膜,再通过金属蒸发真空弧技术分别进行 Fe
离子和 Co 离子注入,得到 Fe、Mn 共掺和 Co、Mn 共掺的 Ge 基薄膜。XRD 结构检测
发现 Ge1-xMnx 薄膜是 Ge 的立方晶格结构,Co 离子注入后仍然是 Ge 立方结构,而且能
有效的抑制第二相的形成;Fe 离子注入后 Ge1-xMnx 薄膜变为了无定形结构。不同元素
0
的共掺杂对样品的结构影响不同。XPS 谱分析得 Ge1-xMnx 薄膜中 Mn 元素以 Mn 和
Mn3O4 形式存在,对样品的铁磁性有贡献。Co 离子注入后的样品中,Mn 原子优于处于
替代位;Fe 离子注入后的共掺杂样品中 Fe 和 Mn 元素均不处于 Ge 的替代位。Co 离子
注入后样品的铁磁性有明显降低,Fe 离子注入后样品的磁化强度远大于 Co 离子注入的
样品。Fe、Mn 共掺 Ge 基薄膜为稀磁半导体的研究开辟了更广阔的研究领域。
用金属蒸发真空弧技术和考夫曼技术共注入 Co 离子和 N 离子到单晶 n-Si(100)基
底,制备 Co、N 共掺杂的 Si 基薄膜。XRD 检测注入后样品中没有发现第二相形成,是
多晶 Si 结构。在 800℃下 N2 气氛围快速热退火 5 min,没有改变样品的晶格结构。XPS
谱表明退火后样品中注入的 Co 离子以 Co0 形式存在。随着注入剂量的增大,磁化强度
减弱;退火后样品的磁化强度也减弱。是由于 Co 原子聚集形成了超顺磁性的 Co 纳米
颗粒,减弱了样品的铁磁性。

关键字:稀磁半导体离子注入共掺杂铁磁性

III
Abstract
Today, we need more and more information,and the disadvantage of the conventional
semiconductors appears. The transfer and storage of information based on the charge and spin
of electron, respectively, could not satisfy the need of people. The diluted ic
semiconductors (DMSs) simultaneously using both the charge and spin e the most
interesting subject. The researchers construct models for theoretic studies. They calculate the
Curie temperature, and further study the origin of the ism. In experiments, many
ic DMSs have been obtained. With bination of theories and experiments,
the studies about DMSs have been developing quickly.
In this paper, we used ron sputtering and ion implantation to prepare codoped
films and studied the ic properties. Firstly, we prepared Ge1-xMnx films by ron
sputtering, then Fe ions and Co ions were implanted into the Ge1-xMnx films by metal vapor
vacuum arc, respectively, to obtain two