本文關(guān)鍵詞： SiC 元素?fù)诫s 局域結(jié)構(gòu) 磁性 輸運(yùn)性能　出處：《天津理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來(lái),稀磁半導(dǎo)體(DMS)由于可同時(shí)利用電子的自旋和電荷性質(zhì)開(kāi)發(fā)新型電子器件而獲得了極大關(guān)注,研究表明在禁寬帶半導(dǎo)體中可獲得室溫鐵磁性(RTFM),且其居里溫度(Tc)隨著帶隙寬度的增加而增加。Si C作為寬禁帶半導(dǎo)體之一,由于其良好的物理特性,在抗高溫、高頻率、大功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用方面具有巨大的應(yīng)用潛力,但目前在Si C稀磁半導(dǎo)體的研究方面還不深入,因此開(kāi)展Si C稀磁半導(dǎo)體的研究不論在理論上還是在應(yīng)用上都具有重要意義。本文采用磁控濺射方法制備出了Ni單摻雜以及Ni/N、Ni/Al共摻雜Si C稀磁半導(dǎo)體薄膜并對(duì)其局域結(jié)構(gòu)、磁性、輸運(yùn)性能進(jìn)行了研究。研究了退火溫度及Ni單摻雜濃度對(duì)Si C薄膜的結(jié)構(gòu)、磁性和輸運(yùn)性能的影響。制備態(tài)薄膜退火后形成了3C-Si C晶體結(jié)構(gòu)。800℃退火后,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其中存在金屬Ni和Ni相關(guān)的第二相,摻雜的Ni原子進(jìn)入3C-Si C晶格并取代C位。1200℃退火后,薄膜的結(jié)晶質(zhì)量明顯提高,但有Ni2Si第二相析出。摻雜的Ni原子以Ni2+離子態(tài)存在于制備態(tài)和退火態(tài)薄膜中,所有薄膜都具有p型半導(dǎo)體導(dǎo)電特征。對(duì)于制備態(tài)和800℃退火態(tài)薄膜,其輸運(yùn)機(jī)制由Mott變程躍遷機(jī)制主導(dǎo)。對(duì)于1200℃退火態(tài)薄膜,在低溫區(qū)其輸運(yùn)機(jī)制由Mott變程躍遷機(jī)制主導(dǎo),在高溫區(qū)由硬帶躍遷機(jī)制主導(dǎo)。所制備的薄膜都具有室溫鐵磁性,并且隨退火溫度升高和Ni摻雜濃度增加都提高薄膜飽和磁化強(qiáng)度,其室溫鐵磁性是薄膜中的缺陷形成的束縛磁極子所導(dǎo)致。研究了退火溫度及摻雜濃度對(duì)Ni、N共摻雜Si C薄膜的結(jié)構(gòu)、磁性和輸運(yùn)性能的影響。制備態(tài)薄膜退火后形成了3C-Si C晶體結(jié)構(gòu)。800℃退火態(tài)后,薄膜中不存在金屬Ni/N和Ni/N相關(guān)的第二相。摻雜的Ni原子以進(jìn)入3C-Si C晶格并取代C位。薄膜經(jīng)過(guò)1200℃退火后,薄膜的結(jié)晶質(zhì)量明顯提高,但有Ni2Si第二相析出。N摻雜對(duì)3C-Si C晶體結(jié)構(gòu)的形成有抑制作用。摻雜的Ni原子和N原子分別以Ni+2和N3-離子態(tài)存在于制備態(tài)和退火態(tài)薄膜中,N摻入使薄膜的導(dǎo)電類(lèi)型由p型轉(zhuǎn)變?yōu)閚型。對(duì)于制備態(tài)薄膜,其輸運(yùn)機(jī)制由Mott變程躍遷機(jī)制主導(dǎo)。對(duì)于800℃退火態(tài)和1200℃退火態(tài)薄膜,在低溫區(qū)其輸運(yùn)機(jī)制由Mott變程躍遷機(jī)制主導(dǎo),在高溫區(qū)其輸運(yùn)機(jī)制由硬帶躍遷機(jī)制主導(dǎo)。N摻入使薄膜的載流子的局域化減弱,束縛磁極子有效半徑變大,增強(qiáng)薄膜鐵磁性。所有的薄膜都具有室溫鐵磁性,并且退火溫度的升高和N摻雜濃度的提高都提高薄膜的飽和磁化強(qiáng)度,其室溫鐵磁性是薄膜中的缺陷形成的束縛磁極子和N與硅空位的相互作用導(dǎo)致的結(jié)果。研究了退火溫度及摻雜濃度對(duì)Ni、Al共摻雜Si C薄膜的結(jié)構(gòu)、磁性和輸運(yùn)性能的影響。制備態(tài)薄膜退火后形成了3C-Si C晶體結(jié)構(gòu)。800℃退火后,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其中存在金屬Ni和Ni相關(guān)的第二相,摻雜的Ni原子進(jìn)入3C-Si C晶格并取代C位。1200℃退火后,薄膜的結(jié)晶質(zhì)量明顯提高,但有Ni2Si第二相析出。在A(yíng)l摻雜濃度高于2at%的1200°C退火態(tài)薄膜中出現(xiàn)了Al9Si第二相。Al摻雜對(duì)3C-Si C晶體結(jié)構(gòu)的形成有穩(wěn)定作用。摻雜的Ni原子以Ni+2離子態(tài)存在于制備態(tài)和退火態(tài)薄膜中。摻雜的Al原子在制備態(tài)薄膜中有極少部分以Al團(tuán)簇存在,大部分已Al3+形式存在,對(duì)于退火態(tài)薄膜,Al團(tuán)簇消失,Al原子以Al3+形式存在于薄膜中。所有薄膜都具有p型半導(dǎo)體導(dǎo)電特征,Al摻雜提高了空穴載流子濃度。但Al9Si第二相的析出使空穴載流子濃度有所下降,但仍比單摻Ni的空穴載流子高。對(duì)于制備態(tài)和800℃退火態(tài)薄膜,其輸運(yùn)機(jī)制由Mott變程躍遷機(jī)制主導(dǎo)。1200℃退火態(tài)薄膜,在低溫區(qū)其輸運(yùn)機(jī)制由Mott變程躍遷機(jī)制主導(dǎo),在高溫區(qū)其輸運(yùn)機(jī)制由硬帶躍遷機(jī)制主導(dǎo)。所有的薄膜都具有室溫鐵磁性,并且退火溫度的升高和Al摻雜濃度的提高都提高薄膜的飽和磁化強(qiáng)度,其室溫鐵磁性是薄膜中的缺陷形成的束縛磁極子所導(dǎo)致。
[Abstract]:In recent years , thin magnetic semiconductor ( DMS ) has attracted great attention due to the simultaneous use of electron spin and charge properties to develop new electronic devices . In the preparation of annealed state thin films with Al doping concentration higher than 2 at % , the transport mechanism is dominated by Mott transition mechanism .

【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN304.24

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1517233