应用磁控溅射技术在Sa、GaN衬底上制备ε-Fe2~3N薄膜及其特性研究

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tokyo55
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Fe-N化合物材料是一类典型的磁性材料,在磁性存储以及磁电子器件领域有着广阔的应用前景。其中的ε-Fe2~3N材料具有室温铁磁性,尤其重要的是其磁学性能随着Fe:N比的不同会有所改变,其磁学性能的可调性也引起了人们的关注。本文应用磁控溅射的方法在蓝宝石(Sa)、氮化镓(GaN)衬底上制备了c轴取向的ε-Fe2~3N薄膜,研究了不同温度和不同衬底下制备的ε-Fe2~3N薄膜的微观结构、表面形貌、组份特性和磁学特性等特性,研究结果表明:不同反应温度下制备的样品,温度较低时(室温、100℃),生成物只有立方相的γ’’-FeN和立方相的α-Fe,当反应温度升高到200℃,开始生成六角相的ε-Fe2~3N,当温度继续升高到300℃和400℃,则会生成ε-Fe2~3N。尤其是当反应温度为400℃时,制备出了c轴取向的单晶ε-Fe2~3N薄膜,且薄膜样品中Fe:N比例可以通过调节氮气/氩气流量比来控制。高温下(400℃)在蓝宝石(Sa)衬底上制备的样品,当氮气流量(分压)较低时,制备出了c轴取向的单晶ε-Fe2~3N薄膜。单晶薄膜的晶体质量很好,在高分辨透射电镜分析中可以清晰的看到晶格结构和ε-Fe2~3N/Al2O3分界面的晶格匹配方式。组份分析表明,样品表面有一层很薄的氧化层,随着分析深度的加深,我们只观测到了ε-Fe2~3N中Fe2p和N1s的结合能特征,并且明确了Fe2p和N1s的结合能大小。磁学表征表明,不同氮气流量下制备的样品同时具有铁磁性、顺磁性和抗磁性,其中抗磁性由衬底导致,铁磁性、顺磁性由ε-Fe2~3N导致,这与结构以及组份分析结果一致。高温下(400℃)在GaN衬底上制备的样品,其结构特性、表面形貌与Sa衬底上制备的样品类似,这主要是由于三者在c面的晶格失配较低导致。本论文工作在国际上首次制备出了c轴取向的单晶ε-Fe2~3N薄膜,并对其基本特性进行了分析,下一步将针对其自旋输运特性展开深入研究,探索其在自旋电子学器件领域的应用前景。
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