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氮化铁作为典型的3d过渡族金属氮化物,具有十分丰富的相结构和优异的机械性能,在高密度磁存储、磁传感器、高效催化和化学化工等领域都具有十分广阔的应用前景。目前己知的氮化铁包含α’-Fe8N、α"-Fe16N2、γ’-Fe4N、ε-Fe3-yN(0≤y≤1)和ξ-Fe2N 在内的多种富铁相,以及γ"′-FeN、γ"-FeN、NiAs-FeN和Marcasite-FeN2等多种富氮相。尽管人们对于氮化铁的探索已经持续了近一个世纪,但是在γ"ˊ-和γ"-FeN两相的晶体结构、磁性和电输运性质等方面的研究至今争议不断。本论文以制备纯相γ"ˊ-和γ"-FeN外延薄膜为基本出发点,通过对比分析,阐明其相结构的具体形成过程,解决关于γ"′-和γ"-FeN两相研究中存在的诸多问题和矛盾。具体工作和实验结果如下:1.采用反应磁控溅射法,在玻璃衬底和多种单晶衬底上制备了一系列的γ"ˊ-和γ"-FeN薄膜。在玻璃衬底上,通过研究实验参数对薄膜成相的影响规律,获得了制备γ"ˊ-和γ"-FeN多晶薄膜的最佳工艺条件。实验发现:γ"ˊ-和γ"-FeN的成相温区存在显著差异,相对而言,γ"-FeN的成相温度更高;γ"′-和γ"-FeN多晶薄膜均具有沿着密排面(111)优先生长的特性。在此基础上,通过分析不同单晶衬底上生长的γ"′-FeN外延薄膜发现,当衬底为薄膜提供一定的压应力时,更利于其外延生长。2.将温度作为唯一的调控参数,在A1203(0001)单晶衬底上制备了一系列高质量的[111]晶向的γ"ˊ-和y"-FeN外延薄膜。随衬底温度的升高,薄膜样品中的N浓度先减小后增加,(111)晶面的衍射峰呈现出单峰到类驼峰最后到单峰的变化趋势。结合高分辨透射电子显微镜的测试,首次证实了薄膜在低温制备下为NaCl结构的γ"′-FeN相,随衬底温度的升高逐渐转变为ZnS结构的γ"-FeN相。氮化铁各相之间存在明显的结构共性,受衬底温度的影响,γ"′-FeN相的N空位会逐渐增多,生成子晶格。3.对FeN外延薄膜的磁性和电输运性质进行了系统的表征和研究。实验发现:γ"ˊ-和γ"-FeN相均未体现铁磁性。γ"′-FeN相是n型半导体;γ"-FeN相是金属性质,温度对能带结构的变化影响显著,霍尔信号反转发生在150 K,载流子类型在高温主要是空穴,低温主要是电子。另外,子晶格在温度场的影响下会发生结构相变,导致升降温过程中的纵向电阻率出现明显滞后。