GaN基稀磁半導體的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、稀磁半導體(Diluted Magnetic Semiconductors，DMSs)是一種由磁性過渡族金屬離子或稀土金屬離子部分替代非磁性半導體中的陽離子所形成的新的一類半導體材料。它集電子的電荷和自旋于一體，使之具有了半導體的電荷輸運特性和磁性材料的信息存儲特性，從而使DMS具有了一些奇異的性質(zhì)。 目前，稀磁半導體己經(jīng)成為了國內(nèi)外研究的熱門課題，而GaN作為寬帶隙的半導體材料也受到了人們的關注，并且在理論和實驗上都取得了一些

2、成果。但仍存在一個難題--鐵磁性的起源問題，一直還存在著爭議，沒有得到一致的結果。為了對這一問題進一步研究，本文在GaN基DMS材料方面做了一些研究工作。本文采用的是兩步法，第一步是制備鎵錳(鎵鐵)氧化物，第二步為高溫氨化。 1.GaMnN系列樣品：溶膠凝膠方法制備一系列改變Mn濃度的樣品和利用固相反應法及磁控濺射法制備的Ga0.95Mn0.05N粉體及薄膜樣品。所有樣品經(jīng)XRD檢測均為六角的纖鋅礦結構，并未發(fā)現(xiàn)任何雜質(zhì)相。磁性

3、檢測表明：當溫度為5K時，兩種方法制備的粉體樣品仍表現(xiàn)為順磁特性，且根據(jù)居里.外斯定律擬合，得到樣品的居里外斯溫度均為負值，這表明近鄰的Mn離子之間存在著很強的反鐵磁相互作用；而Ga0.95Mn0.05N薄膜樣品在室溫下顯示為順磁性質(zhì)，要對其磁性有深入的了解還需進一步實驗研究。 2.GaFeN系列樣品： (1)利用磁控濺射方法制備了一系列薄膜樣品，經(jīng)XRD、PL、FTIR等檢測手段證實了樣品的纖鋅礦結構，并未發(fā)現(xiàn)任何雜質(zhì)

4、相；利用XPS譜檢測，樣品中的Fe處于+2價態(tài)；電學性質(zhì)測量顯示所有薄膜樣品均為n型導電，室溫下的電阻率高達108 Q cm，而且樣品的電阻率隨Fe濃度的增加而增加。磁性測量顯示所有的樣品在室溫下都具有鐵磁性，其鐵磁性并非來源于樣品中的雜質(zhì)相，而是樣品的內(nèi)稟性質(zhì)，可以利用束縛磁極化子的模型來解釋：而樣品的磁性隨Fe濃度的增加單調(diào)減小，由于Fe濃度的增加，縮短了Fe離子之間的距離，使得在近鄰Fe離子之間鐵磁相互作用和反鐵磁相互作用的競爭中