新型稀磁半导体Cd1-xMnxIn2Te4的晶体生长与性能表征

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Cd1-xMnxIn2Te4是一种新型的稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductors—DMS)。本文首次用垂直布里奇曼法(VBM)成功地生长出了x=0.1、0.22和0.4的Cd1-xMnxIn2Te4单晶。采用扫描电镜、x射线粉末衍射仪、ISIS能谱仪和Leica定量金相分析仪研究了CdMnInTe晶锭中相的结构,形貌和组分分布。分析发现,沿晶锭的轴向存在着由两个界面分隔开的三个不同区域。晶锭的初始段为α+β′两相区,末段为β+γ或δ多相区,两段之间为β单相区。其中β相为具有正方黄铜矿结构的Cd1-xMnxIn2Te4。坩锅加速旋转技术(ACRT)的引入,一方面增大了晶体轴向的组分偏析程度,另一方面极大地降低了晶锭径向的组分偏析程度。用红外透射光谱法研究了组份为x=0.1、0.22和0.4的Cd1-xMnxIn2Te4晶体的红外光学特性;用范德堡法测量了它们的基本电学参量如电阻率、迁移率和载流子浓度。用超导量子磁强计在5—300K的温度及1特斯拉磁场强度条件下测定了x=0.1、0.22、0.4和0.8的样品的磁化强度随温度以及组分的变化规律。在中红外波段透过率曲线波动很小。其中Cd0.9Mn0.1In2Te4晶片的透过率保持在61%左右,已非常接近CdIn2Te4透过率的理论极限值65%。晶体为p型半导体。随着组分x的增加,Cd1-xMnxIn2Te4的能隙移向高能端,载流子浓度Np减少,电阻率ρ增大。Cd1-xMnxIn2Te4晶体的磁学研究表明,Mn含量越高,晶体的磁化强度M越高。磁化率χ在高温区服从居里—万斯定律,在低温下x≥0.22时χ-1与温度T的关系曲线向下偏离。Mn2+之间存在反铁磁性交换作用,且随x值的增大而增加。与具有相同Mn2+浓度的Cd1-xMnxTe单晶相比,Cd1-xMnxIn2Te4晶体的交换积分常数较小。
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