（凝聚态物理专业论文）基于mnge的磁性半导体的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 在现代信息技术中，信息处理是通过控制电子的电荷来实现的，而信息( 数 据) 的存储利用的则是电子的自旋。如果能够同时利用电子的电荷和自旋两种信 息载体，就有可能引导出全新的信息处理和存储模式。目前，一种基于现代半导 体技术而又将对其产生强大冲击的新材料：稀磁半导体( d m s ) ，由于其许多新 颖的特性，如法拉第旋转，巨磁阻，磁光效应等，正在日益激起人们的兴趣。当 前研究稀磁半导体的主要方法是对半导体进行过渡元素的掺杂。这种掺杂方法可 能通过两种不同的机制来实现载流子的自旋极化：一是以o 离子为中介，使得 其近邻的掺杂过渡族磁性离子之间形成双交换作用，从而得到可以迁移的自旋极 化的载流子；二是通过过渡族金属离子的d 电子与基体半导体的s p 载流子之间 的强关联相互作用，从而使得半导体能带结构中的导带产生自旋交换劈裂，形成 自旋多子和自旋少子，获得自旋极化的载流子。 因为传统的半导体工业是以s i 材料为基础的，所以基于g e 的磁性半导体容 易实现与当前半导体工业的集成而具有更广泛的使用价值。而且理论预言基于 g - e 的磁性半导体的居里温度可以高达4 0 0 k ，世界上有不少研究组在研究它。目 前为止，这些研究组在g - e 中掺杂m n 的磁性半导体方面所取得的结果很不相同。 室温显示磁性的m n 。g e l i 磁性半导体也取得了一些进展，但被证明是m n g e 铁 磁性化合物引起的。yd p a r k 等人报道了居里温度在2 5 k 到1 1 6 i ( 之间的 m n x g e ! x 磁性半导体，观测到反常霍尔效应并且能通过外加电压来控制样品的磁 性。a p l i 等人将p a r k 等人测得的居里温度解释为场致效应的结果。无论如何， 利用磁控溅射方法来制备高浓度掺杂g _ e 1 x 磁性半导体还没有任何进展。 我们在衬底水冷下，通过磁控溅射制备了高掺杂的纳米尺寸的( g 们血) 砷 复相结构。x r d 结果没有任何衍射峰，说明样品为非晶或者多晶。尽管是一层 一层周期沉积的，通过t e m 测量我们发现，制备态样品实际上是由非常均匀的 纳米晶组成的，不呈层状结构。这证明，在制各过程中，g e 与m n 之间存在非 常强的相互扩散。由于在水冷条件下沉积，每层g e 和m n 都很薄，二者很容易 相互渗透；另一方面，低温生长是一个热的非平衡过程，使m n 在g e 中有更高 的溶解度，因而能够提高膜的磁矩。另外，低温生长和交替沉积可以阻止晶粒长 山东大学硕士学位论文 大。尽管我们的( g e ) 的结构和成分在纳米尺度上是均匀的，但也有可能 会由于交替沉积而在亚纳米尺度上存在一些m n 的聚集区( 并不是m n 的团簇) 。 这种亚纳米尺度上的不均匀性也有可能得到m n x g e l 。磁性半导体。 磁性测量表明，我们的样品都具有磁性。g - e 的厚度为o 6 r i m 的样品在5 k 下，矫顽力高达3 0 0 0 0 e ，并且随着温度的升高矫顽力迅速交小甚至消失。这个 样品的磁矩在5 k 下为3 1 9e m u c m 3 ，平均到每个m n 原子相当于1 0 4 t t b 】m n ：但 是理论计算得到的m n , g e l x 磁性半导体中每个m n 原予的磁矩应该是3 t t b ，因此 我们猜测只有三分之一的m n 原子对样品的磁性有贡献。这些与yd p a r k 等人 的结果是相同的。 样品的r t 特性显示出明显的半导体特性，在研究了i n r 和r 眈的关系后 发现，在低温2 5 k 左右以下，样品中电子的导电机理是变程跃迁。然后分析了 i n r 和l ，r 的关系，发现在5 0 k 9 0 k 左右温度范围内导电机理是半导体载流子 的热激活模式。而在2 5 k 5 0 k 左右范围内我们判断是两种导电机理共同作用的 结果。 同时样品表现出明显的反常霍尔效应，说明样品是铁磁性的，而且可以看到 样品的居里温度大概在5 0 1 0 0 k 之间，随着m n 含量的减少其居里温度也是降 低的，这也说明样品的磁性并非来源于已知的m n g e 磁性化合物。我们认为样品 的磁性应该是来自于亚纳米尺度下的非匀质m n x g e l 嘎磁性半导体。 关键词：磁性半导体m n 掺g e 磁特性反常霍尔效应 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nm o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , d a t ap r o c e s s i n gi sb a s e do nt h ec o n t r o lo ft h e c h a r g eo ft h ec a r t i e l s a sw e l la st h ei n f o r m a t i o ns t o r a g et e c h n i q u eu s e ss p i n so ft h e c 卸 t i e r s t h eu s eo fc a r r i e rs p i na n dc h a r g ea p p e a r sp r o m i s i n gf o ran e wc l a s so f d e v i c e ss u c ha sc h i p st h a ti n t e g r a t em e m o r ya n dm i c r o p r o c e s s o rf u n c t i o n s ，m a g n e t i c d e v i c e se x h i b i t i n gg a i na n du l t r a - l o wp o w e rt r a n s i s t o r s t h ec o n t r o lo f s p i n - d e p e n d e n t p h e n o m e n ai nc o n v e n t i o n a ls e m i c o n d u c t o r sm a yl e a dt om a n yn o v e lp r o p e r t i 器，s u c h a sc o l o s s a lm a g n e t o - r e s i s t a n c e , m a g n e t o - o p t i c a le f f e c t , e t c s ot h e r ei si n t e r e s ti n d e v e l o p i n gm a g n e t i cs e m i c o n d u c t o r sw h i c hw i l le x h i b i tf e r r o m a g n e t i s m n o w a d a y s ， t h em a i nm e t h o do fs t u d y i n gf e r r o m a g n e t i cs e m i c o n d u c t o r si st od o p et r a n s i t i o n e l e m e n t si n t os e m i c o n d u c t o r s t h e r ea 孢t w oo r i g i n a t i o n st or e a l i z es p i np o l a r i z a t i o n o fc a r e e r s t h ef i r s ti st h ed o u b l ee x c h a n g ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt r a n s i t i o ni o n sw h i c h m e d i a t e db yo x i d e t h es e c o n di st h es t r o n gi n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ede l e c t r o n so f u - a n s i t i o ni o n sa n ds pe l e c t r o n so ft h em o t h e rs e m i c o n d u c t o r s ，w h i c hl e a d st ot h e s p l i t 血go fs e m i c o n d u c t o r s c o n d u c t i n gb a n d t h u s , s p i nm a j o r i t ya n ds p i nm i n o r i t y a 糟f o r m e d , a n do a a l t i e r sa 糟s p i np o l a r i z e d r e c e n t l y , s t i m u l a t e db yt h es u c c e 嚣i n ( g a ，i v i n ) mm a g n e t i cs e m i c o n d u c t o r s , g e - h a s e dm a g n e t i cs e m i c o n d u c t o r sh a v e b e e ni n v e s t i g a t e db yaf e wg r o u p ss i n c et h e y a 托p r e d i c t e dt or e a l i z ef e r r o m a g n e t i cs e m i c o n d u c u n 3w i t hah i g ht ca b o v e4 0 0k e s p e c i a l l yf o rt h a tg r o u pi ve l e m e n t sh a v et h ep o t e n t i a lc o m p a t i b i l i t yw i t hc u r r e n t s i - b a s e dt e c h n o l o g y t od a t e ，t h er e p o r t e de x p e r i m e n t a lr e s u l t so fm nd o p e do e m a g n e t i cs e m i c o n d u c t o r sb yt h e s eg r o u p s 雠d l l t e r a a lt h e ( n e a ro r a b o v e ) r o o m t e m p e r a t u r ef e r r o m a g n e t i s mo fm nd o p e dg em a g n e t i cs e m i c o n d u c t o r sh a sb e e n f o u n db ys o m eg r o u p s ，b u tt h e yw e l ep r o v e dt ob eo r i g i n a t e db ym n c - ef e r r o m a g n e t i c c o m p o u n d ss u b s e q u e n t l y p a r ke t 以r e p o r t e dt h e ：m n x g e t - xm a g n e t i cs e m i c o n d u c t o r s w i t ht ci nt h er a n g e2 5t o11 6k t h e yo b s e r v e da n o m a l o u sh a l le f f e c ta n dc o u l d c o n t r o lf e r r o m a g n e t i co r d e rt h r o u g ha p p l i c a t i o no f a o 5 v o l tg a t ev o l t a g e av a l u e c o m p a t i b l ew i t hp r e s e n tm i c r o e l e c t r o n i ct e c h n o l o g y a n dl ie ta 1 a t t r i b u t e dt h ea h e t 玎 山东大学碗士学位论文 a b o v et ct ot h es l r o n gf i e l d i n d u c e dm a g n e t i z a t i o n a n y w a y , t h e r e sn ov a l u a b l e o b s e r v a t i o ni nt h es a m p l e sp r e p a r e db ym a g n e t r o ns p u t t e r i n gm n d o p e dg e w i t hh i 曲 s o l u b i l i t yo f m n w ep r e p a r e dl l a n o - s i z e d ( g e m n ) 6 0s a m p l e sb ym a g n e t r o ns p u t t e r i n gw i t hh i g l l c o n c e n t r a t i o no fm na n dt h e 百r s $ s u b s t r a t ew a sc o o l e d b yw a t e r 砥x r d m c a s u r e m c n ts h o w s1 1 0d i f f r a c t i o np e a k so fm no rg e ，w h i c hs u g g e s t st h a tt h e s a m p l e sa l eo f1 3 0c r y s t a l l i z a t i o n a l t h o u g ht h es a m p l e sw e r ed e p o s i t e da l t e r n a t eg e l a y e r sa n dn 虹l a y e r s , t h et e mp h o t o g r a p hs h o w st h a ti ti sl l n i f o t mb u tn o tl a y e r e d s m l c t u r e t h a tm e a n st l l a td u r i n gp r e p a x a t i o ng ea n dm nd i f f u s e di n t oe a c ho t h e r s t r o n g l y t h ev e r yt h i nt l a i e k n e s so fm na n dg ee n a b l et h em n a n dg et oi n c o r p o r a t e i n t oe a c ho t h e r s i n c et h el a y e rt h i e l m e s s , t h ei l l t 砌a c , er o u g l 煅a n dt h ei n t e r d i f f u s i o n t h i c k n e s sa 地c o m p a r a b l e o nt h eo t h e rh a a d , t h el o wt e m p e r a t mg r o w t hi sat h e r m a l n o n - e q u i l i b r i u mp r o c e s sa n dah i ：g hs o l u b i l i t yo fm ni ng ei sa c h i e v e d , a n dh e n c e i n c r e a s e st h em a g n e t i z a t i o n m o r e o v e r ，t h el o wt e m p e r a t u r eg r o w t ha n da l t e r n a t i n g d e p o s i t i o ng r e a t l yl i m i tt h et r y s t s lg r a i ng r o w t h f u r t h e r m o r e ，t h es t r u c t u r ea n dt h e c o m p o s i t i o no f t h e ( c - e m , 1 ) 6 0a mv e r yh o m o g e n c o t t si nt h en a n o m e t e rs c a l e b u tt h e r e m a y b em n - r i e h ( n o t p u r em n m e t a ld u s t e r s ) a n dg e - r i e h ( n o tp u r eg ed u s t e r s ) a r e a s i nt h es i 】b n l t n o l l l e t e ts c i l l e ，, w h i e l aw e r ei n t r o d u c e db yt h ea l t e r n a t i n gd e p o s i t i o n 1 1 k i n l a o m o g e n e i t yi nt h e 妇o m e t e rs c a l ei sa l s od e s i r a b l ef o rm n x g e l m a g n e t i c s e m i c o n d u c t o r s m a g n e t i cm 黝e n t ss h o wt 1 1 a ta l ls a m p l e sa r ef e r r o m a g n e t i c t a k i n gc - 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1 可以看出自旋电子学将有着广阔的应用前景。 从物理上分析，微电子技术利用了半导体材料的带隙，但是由于不存在强 的交换作用，其自旋子带不产生劈裂，没有自旋极化，不形成自旋载流子；磁存 2 山东大学硕士学位论文 储利用了磁性材料中强自旋子带的劈裂所产生的自旋载流子，但是它没有带隙， 能够得到可控的自旋载流子。于是，要实现自旋电子学的目标，首先要发展出一 种具有带隙又有自旋子带劈裂的新物质( 材料) 。最直接的思路有二条：一将铁 磁材料半导体化；二使得半导体材料实现铁磁性化。 对磁性半导体的选择有两个标准：一个是居里温度要高，通常要求高于室 温3 0 0 k ，另一个是要有足够长的自旋扩散长度。现在的问题的焦点在于如何制 备出具有高居里温度、高自旋极化率的磁性半导体。目前磁性元素掺杂半导体内 形成磁性半导体己经取得突破性的进展，现在正成为磁学界研究的热点问题。 从磁性角度，半导体可划分为：含有磁性元素阵列的磁性半导体；稀磁半导 图1 1 2 从磁性角度，半导体可划分为：( a ) 含有磁元素阵列的磁性半导体： ( b ) 稀磁半导体( 非磁半导体和磁元素间的合金) ：( c ) 传统的不包含磁离子的半 导体 体( 非磁半导体和磁元素间的合金) ；传统的不包含磁离子的半导体，如图1 1 2 1 】 所示。为了探索磁性半导体材料，人们早在上个世纪8 0 年代就做了大量的工作。 当时集中在对- 族c d t e 半导体进行m n 、f e 等过渡金属离子掺杂，以期待 获得磁性离子稀释了的i i v i 族半导体，称为稀释磁性半导体( d m s ，又称半磁半 导体、s m s c ) 。由于大量的i i v i 族稀磁半导体的研究比较充分的表明：过渡金 属离子掺杂所得到的i i v i 族d m s 为顺磁相或反铁磁相，而且很难成功进行n 型 或p 型掺杂，使得这方面的研究在相当长的时间里，进展不大。自上个世纪9 0 年代，日本的h 0 h n o 在g a a s 等i i i - v 族半导体中掺杂h i n 离子 2 - 1 9 ，获得 山东大学硕士学位论文 居里温度为11 0 k 的铁磁性，再次激发起人们对i i i - v 族和氧化物等磁性半导体 及其磁性起源的研究热情 2 0 2 9 。 1 2 ( i i i ，m n ) v 磁性半导体的霍尔效应的研究 一v 半导体如g a a s 在当前的电子技术和光电子器件中已得到广泛应用， 因此在一v 半导体中引入磁性离子，制各磁性半导体将是意义重大的。随着低 温分子束外延技术的发展，人们解决了磁性离子在一v 半导体中溶解度低的难 题。而且很多关于( m ，m n ) v 磁性半导体的研究都分析了其电子输运特性，并 且发现了反常霍尔效应。因为我们的研究中也包括对样品霍尔效应的研究，所以 在这里介绍一下( 1 1 1 ，m n ) v 磁性半导体的研究情况。关于正常霍尔效应以及反 常霍尔效应的理论我们会在第四章中讲到，因此在本小节中我们只给出关于( 。 m n ) v 磁性半导体的反常霍尔效应的研究结果。 一l 憋：。；，。 图1 2 - l ( i i l m n ) a s 中霍尔系数r h 以及其电阻率p 随温度的变化规律 1 4 】 早在1 9 9 2 年就有关于( ，m n ) v 磁性半导体的输运特性研究【1 4 】。图1 2 1 是( hm a ) a s 中霍尔系数r h 以及其电阻率p 随温度的变化规律。由图中可以 得到，样品的霍尔效应是反常霍尔效应占主导作用，而且由于样品的反常霍尔系 数与电阻率p 成正比，所以反常霍尔效应的产生机理是源于载流子的非对称 散射( 称为s k e ws c a t t e r i n g ) 。 随后，h o b n o 等人【3 ，1 2 ，1 5 ，3 0 ，3 l 】继续研究了( c a ，m n ) a s 的性质，包括 其电子输运特性。图1 2 - 2 是利用s o u d 测量的( c a ，m n ) a s 样品的磁性，其 4 一l覆巷嚣意委 山东大学硕士学位论文 中的插图是霍尔电阻同磁场的关系曲线，可以看到霍尔电阻同磁场的关系与 s q u i d 测得的样品的磁滞回线十分相似。在后面的讨论中我们可以看到，薄膜 样品的反常霍尔效应也是研究样品铁磁性的一个重要手段。图1 2 3 是利用霍尔 效应得到的( c a ，m n ) a s 样品磁滞回线以及居里温度。 图1 2 - 2 利用s o u i d 测量的( g a ，m n ) a s 样品的磁性【3 】 山东大学硕士学位论文 图1 2 3 利用霍尔效应得到的( g a ，m n ) a s 样品的 磁滞回线以及居里温度 3 l 】 1 3 基于g e 的i y 族磁性半导体的研究历史及现状 因为传统的半导体工业是以s i 材料为基础的，所以基于s i 和g - e 的磁性半 导体容易实现与当前半导体工业的集成而具有更广泛的使用价值。最近几年，基 于族半导体g e 的磁性半导体的研究在理论和实验上都引起了广泛的重视。 理论上预测磁性半导体m n x g e l x 可以表现出铁磁性，而且其居里温度可以高达 4 0 0 k 3 2 - 3 4 。但是，预言的m n x g e l x 的高的居里温度到现在为止并没有在实验 上得到观测。全世界的研究者们仍在试图利用各种不同的制备方法来制备 m n 。g e i x 磁性半导体，也都表现出不同的铁磁性。其中最为突出的是yd p a r k 等人报道了分子束外延法制各的m n x g e l x 薄膜，其居里温度与m n 浓度呈线性关 系，居里温度在2 5 一l i c k 范围内随m n 浓度增加而升高 3 5 , 2 3 6 。 yd p a r k 3 5 等人报道了m a n g e i x 稀磁半导体中包含m n l l g e s 纳米铁磁团 簇，这些m n i l g e s 的纳米团簇是在生长温度3 0 0 。c 下形成的其平均直径1 0 0 6 山东大学硕士学位论文 n n l ，间距1 5 0n n l ( 如图1 3 1 ) 。不论衬底是c v d a s 还是g e ，样品都是d 型半导 体性质。零场时在2 0 k 以下i n p 与r “成线性关系( 图1 3 2 ) ，说明在这个温 度区域内变程跃迁是电子输运的主导作用。而外场5 t 时。在低温下仍是变程跃 迁起主要作用。接下来对样品m r 进行研究。在低温下( 2 0 k 以下) ，i v l r 都是 负的，并且可以写成c x p ( h ”) 的形式，再次证明在此温度范围内的传导机理是变 程跃迁。这些低温下的数据说明，在( b 晶格中分布的m n 原子以及m n g e 2 团 簇中的电子都参与变程跃迁过程。 图1 3 1 m n x g c l 。中包含m n i l g e 8 纳米铁磁团簇 3 5 图1 3 2 零场时在2 0 k 以下l a p 与1 - 1 “成线性关系( a ) 及样品的m r ( b ) 3 5 随后yd p i ( 【3 6 1 等人在s c i 上发表的文章又引起了全世界的研究者们 山东大学硕士学位论文 对m _ n x g e l ；磁性半导体的兴趣。他们利用m b e 生长方法制各样品，衬底温度 7 0 。c 。样品中观察到尺寸在2 - - 6n n l 大小的颗粒，颗粒中m n 的含量为1 0 - 1 5 ， 要高于周围环境中m r s 的含量，但是这种成分并不属于现已知的任何m n g e 磁性 化合物。而在高温生长时( 衬底温度3 0 0 - 3 5 0 。c ) 就会形成m n l i c t e 8 纳米团簇。 样品的居里温度从2 5 k 到1 1 6 k 之间，并且随m n 含量增多而升高。所有的样品 都表现出反常霍尔效应( e h e ) ，如图1 3 3 图1 3 5 ，但是c t a a s 衬底样品的反 常霍尔效应不如c t e ( 0 0 1 ) 衬底样品的明显，这是因为g a 原子表现为受主，则 会增大杂质散射，从而抑制了载流子的非对称散射( 称为s k e ws c a t t e r i n g ) 。正如 在已经报道的h l 讹a - s 中铁磁交换作用是以空穴作为媒介作用的，因此我们可 以通过控制空穴来控制样品的铁磁性。这里将样品做成如图1 3 - 4 所示的c m o s 器件，然后外加_ 4 - 0 5 v 的门电压来控制空穴浓度，进而达到控制其铁磁性的目 的。文中最后研究了m - n x c t e l x 的磁性的起源，用密度泛函理论( d f t ) 研究了其 电子结构以及磁性相互作用，提出了第一性原理模型，指出m n 电子自旋之间主 要作用是一种强的短程反铁磁相互作用，而且有相当部分的m n 对铁磁性没有贡 献，这是与实验结果相符的。 1 00 0 10 0 20 0 3o 0 4 c o n m m l r a t i o n , i f 图1 3 - 3 居里温度随m n 含量 图1 3 - 4 文中设计的c m o s 器件 3 6 】 变化的曲线 3 6 3 8 2v墨皇暮拿罨一皂n。， 山东大学硕士学位论文 p i u u e a f 酬m 图1 3 5 样品的反常霍尔效应 3 6 】 2 0 0 2 年s u n g l a ec h o 3 7 等人首次利用垂直梯度固化法制各了掺杂m n 浓度为 6 的g - e 单晶磁性半导体，对样品进行x r d 分析没有发现任何析出相( 图1 3 - 6 ) ， 并且晶格常数随m n 含量的增加而线性增大( 图1 3 7 ) ，这是因为m n 的原子半 径要大于g e 的原子半径，表明m n 离子进入到了g e 的晶格中去。经过对样品 进行磁性测量以及电阻测量，发现c - , e o 9 4 m n o 惦表现出铁磁性，并且居里温度达 到了2 8 5 k 。在1 5 0 k 发生反铁磁到铁磁性的转变( 图1 3 8 ) 。 图1 3 - 6 掺杂m n 浓度为6 的g e 单晶磁性半导体 3 7 】 9 宕暑薯1日_置置 山东大学硕士学位论文 图1 3 7晶格常数随m n 含量的增加而线性增大【3 7 】 图1 3 一g e o 蛐v l n o 0 6 表现出铁磁性，并显示出其磁性转变温度 3 7 】 随后在2 0 0 5 年j s k a n g 3 9 等人利用扫描光电子显微镜( s p e m ) 、x 射线 吸收谱( x a s ) 和光发射谱( p e s ) 对上述c - e o 小, i n o 惦研究了其化学成分分布以 及局域电子结构。s p e m 图片表现出样品是条纹状结构( 图1 3 9 ) ，这是因为富 m n 区和贫m n 区的化学成分相分离造成的。m n 的2 p 电子x a s 谱表明富m n 区中的m n 离子是二价的，但是这些m n 离子并不形成金属m n 团簇。这些研究 表明上文中发现的铁磁性并非来源于m n ，g c l x 本征磁性半导体，而是来源于相 分离出来的富m n 相。 1 0 篷髫董譬謦釜 童誉g v 毳 山东大学硕士学位论文 图1 3 9 利用s p e m 对化学成分分布以及局域电子结构的研究 3 8 】 a p l i 3 9 ，4 0 1 等人用与yd p a r k 等人相同的制各方法来制备m n x g e l 。样 品，并研究其磁特性以及输运特性。发现了两个磁相交点，其中yd p a r k 等人 报道的1 1 6 k 的居里温度就是其中一个，而真正的居里温度t c 只有1 2 k 。并且研 究了生长样品时衬底温度对样品结构以及磁性的影响( 图1 3 - 1 0 ) 。在低于5 0 。 c 得到的样品是无定型态的；衬底温度在5 0 。c 到8 5 。c 之问的样品在低温下 表现出铁磁性( 图1 3 1 1 ) ：而生长温度高于8 5 。c 的样品具有室温铁磁性，其 铁磁性与m n 含量无关，这表明在这个温度下析出了居里温度为2 9 6 k 的m n s g e 3 ， 而且m i i s c 把3 是所有m n g e 化合物中最稳定的一个。因此制备m n x g e l x 磁性半导 体最佳的衬底温度是控制在5 0 。c 到8 5 。c 之间。最后还给出了样品的反常霍 尔效应( 图1 3 - 1 2 ) 。 山东大学硕士学位论文 图1 3 - 1 0 衬底温度对样品的影响【4 0 】 虿 m ； ：警 图1 3 - 1 1 样品的磁性测量 4 0 】 鳓骚 山东大学硕士学位论文 j 纠醴嘲 b 图1 3 1 2 样品霍尔效应的测量 4 0 】 另外还有s a n gs o oy u 4 1 等人利用低温气相沉积法制备了非晶态的铁磁性 m n x c j c ! x 薄膜，发现其居里温度随m _ n 浓度在8 0 - - 1 6 0 k 范围内变化。f r a n c od o r a z i o 4 2 ，4 3 等人研究了m n 注入g e 单晶的磁特性，发现在接近室温时具有磁 滞现象。l i f e n gl i u 4 4 等人报道了m n 注入g e 单晶的室温铁磁性。s a t o s h i s u g a h m 4 5 等人最近报道了m g e i x 磁性半导体的铁磁性来源于样品中析出的 无定型态的m n x g e l i 团簇，这些团簇中m n 的含量高达2 0 ，是高含量m n 的 m n x c - c 1 x 磁性半导体。还有很多研究【4 6 _ 4 9 】，这里都不再一一赘述。 山东大学硕士学位论文 1 4 本论文主要研究内容 寻找性能优越的磁性半导体是当前自旋电子学界一个热门而且艰巨的任务， 它成为应用电子自旋要解决的关键步骤。已经有越来越多的人在加入到这个队 伍，但是，距离人们的目标还有很大的距离。尽管在上一节中介绍了很多关于 m n 。g e l x 磁性半导体的研究状况，但是其磁性来源机理也都是众说纷纭，即使是 判断磁性半导体的可靠手段也缺乏统一的认识。目前主要的研究方法是对半导体 进行过渡金属元素掺杂。现在，在全世界范围内研究者们都认同的磁性半导体目 前为止只有g a l 。m n 。a s ，而且由于g - e 对于传统集成电路工业可以很好的集成， 因此对于m n x g - v 1 x 磁性半导体的研究还是很有实际意义的。 当前，人们研究磁性半导体一般都是用分子束外延( m b e ) 、脉冲激光沉 积( p l d ) 、m o c v d 等设备制备样品，他们一般都是生长单晶，工艺复杂，生 长很慢。我们希望用磁控溅射设备摸索制备g - e 基磁性半导体，并且基于g e 的 磁性半导体容易实现与当前半导体工业的集成而具有更广泛的使用价值。通过不 断的摸索工艺g - 4 q ：，有可能会成功。当然，即使是对单晶的磁