SnO和Mn-SnO薄膜制备及其物性研究

发布时间：2017-12-12 05:30

  本文关键词：SnO和Mn-SnO薄膜制备及其物性研究

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【摘要】：随着现代信息技术的快速发展,大规模集成电路元件的尺寸越来越小,逐渐达到纳米量级,传统的电子工艺已经不能满足信息技术超高速、超宽带和超大工艺的发展要求,研究者们开始设想制备一种将电、磁集于一体的半导体器件,能够同时利用电子的自旋自由度和电荷自由度进行信息的加工、处理和储存。稀磁半导体因为可以同时利用电子的电荷和自旋属性,而受到人们的广泛关注。它是将3d过渡族或稀土族磁性金属离子引入到半导体材料中,使其成为具有电性能和磁性能的新型半导体材料。自旋电子学涉及的领域很广,其中在材料方面,为实现自旋电子学的目标,需要将自旋极化的电流注入半导体材料当中以实现信息的处理功能,因此关键问题是制备出具有高居里温度和高自旋极化率的稀磁半导体材料。对半导体材料进行过渡族金属元素掺杂是目前制备和研究稀磁半导体的主要方法。例如在Mn掺杂GaAs中就取得了很大的进展,但是此稀磁半导体的铁磁居里温度偏低,无法满足室温铁磁性的要求,限制了其应用,因此寻求具有室温铁磁性的稀磁半导体成为研究的热点。我们通过对P型半导体的研究发现,现有的Si基P型半导体已经满足不了稀磁半导体性能的追求,所以寻找一种具有高稳定性和高迁移率的P型半导体成为了现阶段微电子学的一个热门方向。通过我们的调研发现,SnO作为一种P型半导体材料引起了广泛的关注,SnO的迁移率高于一般的P型半导体材料,比起ZnO基的P型半导体材料,SnO的稳定性非常好。因此我们制备了高质量的SnO薄膜,并对其物理性质进行了研究；制备了高质量的Mn掺杂SnO稀磁半导体薄膜,并对其物理性质进行了研究；主要工作概括如下：1.我们用SnO靶在一定的氧分压下生长SnO薄膜,并且用Sn靶在不同的氧分压下生长SnO薄膜。这两种方法制备的薄膜衬底都是YSZ；使用SnO靶在ITO(111)外延生长了SnO薄膜,并通过YSZ-ITO-SnO-Al的异质结构,对SnO的阻变性质进行了研究,研究发现SnO不但可以作为一种P型半导体材料,而且具有阻变效应。2.我们制备了一系列Mn含量不同的Mn-SnO薄膜,对这一系列Mn掺杂SnO薄膜进行了磁性和光学性质的测量,发现可以利用束缚磁极化子模型很好地解释随着Mn掺杂量的增加,样品室温铁磁性出现了先减小后增大的现象；通过透射谱测量,发现吸收边会有一个先红移后蓝移的情况,所以我们可以通过控制Mn掺杂量来调节带隙的宽度。同时因为这种材料的电阻率很大,可以作为一种稀磁绝缘体材料使用,而就其结构而言相信与SnO等一些半导体的结合形成同质结或异质结会相对较为容易,并且对波长长于500nm的光的透过率在80%以上,可以作为光学器件应用。我们认为Mn掺杂SnO薄膜作为一种稀磁半导体材料在自旋电子学器件或是其他方面会有很好的应用前景。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304

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1 许震时;SnO和Mn-SnO薄膜制备及其物性研究[D];山东大学;2016年

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本文编号：1281367