SiC基稀磁半导体材料的制备、结构与磁性研究

来源 :河南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:deiseng
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductors-DMSs)是通过在传统半导体中掺入少量过渡金属元素或稀土元素离子后形成的。近年来,由于DMSs能够同时应用电子的电荷与自旋属性,因此受到了人们的广泛关注。DMSs在磁、磁光和磁电等方面的优异性质,使其发展成为自旋电子器件等领域的理想材料。作为重要的宽带隙半导体材料之一,SiC具有高热导率、高临界击穿电压、高饱和漂移速率等优异的特性,因此在稀磁半导体材料中具有广泛的应用前景。不同制备方法制备出的SiC基稀磁半导体,其铁磁性具有不同的温度范围,并且铁磁性的形成机制还不是很清楚。获得室温铁磁性,是DMSs得以广泛实际应用的基本前提。最近几年,在工业应用和科学研究中电子器件的小型化,使得一维半导体材料比薄膜材料更具有应用前景。纳米材料作为光电子器件的基础材料得到了广泛研究,并且稀磁半导体纳米线兼顾了电子的自旋属性使得其在纳米自旋器件方面具有重要的应用。本文中,我们采用气-固(VS)生长法制备了Fe掺杂的3C-SiC纳米线,并对样品的结构与磁性进行了表征分析。离子注入技术可以有效的将磁性离子掺入半导体晶格中,并且由于离子注入技术可以进行选定区域掺杂,因此受到了人们的广泛关注。本文中,我们分别进行了N离子注入和Cu离子注入6H-SiC单晶,并对样品进行了表征分析。详细研究工作介绍如下:(1)利用高纯一氧化硅、高纯石墨粉、高纯碳纳米管和高纯铁粉为原料,在适当的压强、气流和温度条件下,制备出未掺杂与Fe掺杂的SiC纳米线。采用X射线衍射仪,X射线光电子能谱仪对纳米线进行了物相结构和价键价态分析;利用场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了样品的形貌、微结构特征;通过综合物性测试系统对样品进行了磁性测试分析。研究结果表明制备出的纳米线是3C-SiC。纳米线的直径范围是50-200纳米,长度达到几十微米。结合高分辨透射电子显微镜图谱和选区电子衍射花样表明纳米线的生长方向是[111],晶格条纹间距大约为0.248nm。磁性测试结果显示Fe掺杂SiC纳米线具有室温铁磁性。我们认为Fe的掺杂和缺陷共同影响着局域磁矩和聚集磁化。除此以外,由于纳米线具有较高的表面体积比,其铁磁性的产生也可能与未补偿自旋和表面各向异性有关。(2)对n型6H-SiC(0001)单晶片进行室温160keV N离子注入,注入剂量为2×1016/cm2和1×1017cm-2。为避免沟道效应,注入时样品表面法向与离子束方向偏离7o。将注入后的样品在N2气氛下850oC快速退火10分钟便得到N离子注入6H-SiC单晶样品。通过X射线衍射仪,原子力显微镜,正电子湮没多普勒展宽谱、寿命谱及超导量子干涉仪等对6H-SiC单晶样品的结构、形貌、微结构缺陷以及磁学性能进行了研究。测试结果表明6H-SiC单晶样品离子注入后没有团簇或者第二相的出现,并且样品表面变得粗糙。正电子湮没寿命谱测试结果显示样品中主要的缺陷类型是硅单空位。N离子注入6H-SiC单晶样品的室温铁磁性可能是由于样品中的硅单空位和N替代C原子共同产生的。(3)室温下对n型6H-SiC(0001)单晶片进行能量200keV的Cu离子注入,注入剂量为8×1015/cm2。注入时样品表面法向与离子束方向偏离7o以避免产生沟道效应。样品在N2气氛下850oC快速退火15分钟。X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪测试没有发现与铁磁相关的第二相。正电子湮没寿命谱测试结果表明样品中主要的缺陷类型是硅单空位,并且缺陷浓度在离子注入后增大。Cu离子注入6H-SiC单晶样品的室温铁磁性可能是由于样品中的硅单空位和Cu替代Si原子共同作用的结果。
其他文献
中国在世纪之交进行的基础教育课程改革,主要倡导三种理念:关注学生发展、强调教师成长和重视以学定教。这是既体现时代要求又推进素质教育的重要举措。但与时代发展和实施素质
2011年12月17日,中国产学研合作创新大会暨2011中国产学研合作促进会年会在上海隆重举行。创新大会由中国产学研合作促进会与上海市人民政府共同主办,得到国家发改委、科技部
泛在学习对学习资源库的建设提出了新的要求,本文阐述了泛在学习的定义和特点,在综合分析当前国内高等教育学习资源库建设现状的基础上,从学习资源信息模型设计、学习资源生
随着新型城镇化、新农村建设工程进入高峰期,提高效率是保障政府管理水平和效果关键,为其他居民提高政府绩效,是各个政府始终追求的目标,县级基层政府也不例外,但是如何评价
研究目的:我国在实际工作中常常把造价控制的精力主要放在工程实施阶段,这样做,往往事倍功半。分析项目前期策划决策和设计阶段的造价控制存在的问题并提出对策措施。研究结
陈中申为台湾地区近代以来中国竹笛的代表人物之一,曾于台北市立国乐团工作20余年,并于2004年被台南艺术大学聘为竹笛教授。陈君多才多艺,精通笛箫类乐器,并在作曲、指挥上皆
培养和发展幼儿积极情感是幼儿启蒙教育的一项重要任务。幼儿歌唱教学活动是培养和发展幼儿积极情感的重要形式。本文从四个方面来论述在歌唱活动中如何培养和发展幼儿积极情
自中国步入市场经济以来,企业竞争就成为不争的事实。而随着近几年世界贸易的迅猛发展,国内企业之间,甚至国内企业与国外企业之间的竞争主体日益多元化,竞争层面日益复杂化。在纷
20世纪60年代,托尼·巴赞首创了思维导图。作为一种强大的思维工具,思维导图已经被运用到了不同阶段、不同学科的教学当中来提升相应学科的教学水平。而在中学阶段,英语作为一门