(Ga,Mn)As稀磁半导体的制备与X射线吸收谱的研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hao1238888
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利用低温分子束外延(LT-MBE)生长方法,制备了高质量的(Ga,Mn)As薄膜。利用X射线吸收谱(XAS),主要是X射线吸收近边结构(XANES)对样品进行分析,从实验和理论上分析生长条件、退火条件对薄膜中缺陷及薄膜性能的影响。尤其是系统的研究替代位Mn原子(MnGa)、间隙位Mn原子(MnⅠ)与As反位原子(AsGa)缺陷的变化,从而深入理解掺杂原子的周围结构与磁性之间的关系,为下一步制备自旋器件提供高载流子浓度、高居里温度的(Ga,Mn)As材料。主要结果如下:   1.采用低温分子束外延(LT-MBE)方法生长(Ga,Mn)As薄膜,通过精确控制衬底温度以及As/Ga束流比例等生长参数,结合实时的高能电子衍射图样和薄膜样品的测试结果来反复对生长条件进行优化,最终确定我们的MBE设备最优化生长条件,制备出高质量的(Ga,Mn)As薄膜。   2.通过Mn元素LⅢ边的XAS实验谱和计算谱对比,第一次将XAS实验谱的精细结构与不同缺陷结构一一对应。研究影响(Ga,Mn)As薄膜性质的主要缺陷MnⅠ和AsGa原子随生长温度、退火条件改变而发生的变化。其分析结果与样品的电阻率与温度关系取得了很好的吻合。实验结果表明,在较低生长温度(Ts=200℃)下(Ga,Mn)As晶格中缺陷分布以As反位原子(AsGa)为主;较高生长温度(Ts>230℃)时样品中主要缺陷是Mn间隙(MnⅠ)原子。同时,在较高低温退火温度(250℃)下可以使样品内部MnⅠ向表面大量析出,减少反铁磁相,达到最高居里温度(130K)。XAS结果还表明,退火可以使得表面的ASGa缺陷脱附,驱动周围的MnⅠ原子填补AsGa缺陷留下的空位,提高MnGa原子浓度。   3.首次采用掠入射X射线吸收谱方法对(Ga,Mn)As材料中Mn元素的K边进行研究。通过XANES实验谱与理论计算相结合的方法,研究(Ga,Mn)As材料中2种间隙位的MnⅠ原子随制备条件的不同,在晶格中的分布变化。
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