本文關(guān)鍵詞：Mn摻雜的GeTe相變材料的微觀結(jié)構(gòu)和磁性行為研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：相變磁性材料(PCMM)如Mn摻雜GeTe薄膜被認(rèn)為是最具吸引力的硫系化合物材料之一,其具有廣泛的應(yīng)用前景。它能夠在非晶態(tài)與晶態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化,并展現(xiàn)出了獨(dú)特的電、磁特性。這些特性使得這種材料在許多新興領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用價(jià)值,例如多功能自旋電子器件、新型固態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)以及非易失性邏輯器件等。本文針對(duì)基于GeTe的相變磁性材料的制備方法與其特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要分析了Ge1-xMnxTe這種相變磁性材料的微觀結(jié)構(gòu)、光與磁特性以及電特性。本文還提出了一種有效調(diào)控Mn摻雜GeTe鐵磁性的方法。 首先研究了不同濺射條件下相變磁性材料Ge1-xMnxTe薄膜制備及微觀結(jié)構(gòu)。通過(guò)XRD測(cè)試表明沉積態(tài)的薄膜為非晶,而經(jīng)過(guò)退火后薄膜呈現(xiàn)穩(wěn)定的菱面心立方的多晶態(tài)結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)分析表明存在第二磁性相,一些特征峰強(qiáng)度隨著厚度變薄而減弱,并且薄膜晶化程度隨著厚度的增加而增加。我們還分析了薄膜厚度與Ge1-xMnxTe薄膜晶格常數(shù)的關(guān)系。XRD結(jié)果表明,隨著薄膜厚度的增加,衍射峰半高寬、晶面間距及晶格應(yīng)力減小,晶粒尺寸變大。此外,我們利用高分辨隧道電子顯微鏡HR-TEM觀測(cè)了Ge0.94Mn0.06Te薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。HR-TEM圖像中顯示出兩個(gè)大的微晶,證實(shí)了薄膜處于多晶結(jié)構(gòu)。 通過(guò)對(duì)比不同厚度下晶態(tài)和非晶態(tài)Ge1-xMnxTe薄膜的光學(xué)特性,我們發(fā)現(xiàn)晶態(tài)與非晶態(tài)薄膜的光學(xué)特性有很大差異,并且這種光學(xué)特性與薄膜厚度有關(guān)。 本文測(cè)試了Ge1-xMnxTe薄膜在晶態(tài)和非晶態(tài)下的磁特性。眾所周知低Mn摻雜的Ge1-xMnxTe薄膜具有本征的鐵磁性,我們基于這一事實(shí)通過(guò)測(cè)試薄膜晶態(tài)和非晶態(tài)下的磁滯回線研究了鐵磁交換作用的變化。結(jié)果表明晶態(tài)和非晶態(tài)下Ge1-xMnxTe都表現(xiàn)出M-H磁滯特性,而非晶態(tài)薄膜的飽和磁化強(qiáng)度比晶態(tài)減少了37.7%。因此,這種典型的磁滯回線以及大的矯頑力表明了Mn摻雜的GeTe薄膜中磁性離子間具有鐵磁交換作用,并且非晶態(tài)與晶態(tài)間具有顯著的差異。我們還對(duì)比了晶態(tài)Ge0.96Mn0.04Te薄膜零場(chǎng)冷和場(chǎng)冷兩種條件下的溫度T與磁化強(qiáng)度M關(guān)系。在100Oe和300Oe兩個(gè)磁場(chǎng)條件下測(cè)試所得的零場(chǎng)冷和場(chǎng)冷T-M曲線都出現(xiàn)了明顯的分叉,而在5000Oe磁場(chǎng)下兩曲線重合。低磁場(chǎng)下零場(chǎng)冷和場(chǎng)冷M-T曲線的分叉展現(xiàn)出了其超順磁特性,說(shuō)明薄膜內(nèi)部存在鐵磁性團(tuán)簇。此外,不同厚度Ge1-xMnxTe薄膜的M-T分析測(cè)試表明在低溫下薄膜最厚的樣品具有最大的磁化強(qiáng)度,而當(dāng)薄膜厚度減小或溫度升高時(shí)磁化強(qiáng)度顯著降低。這種現(xiàn)象主要是因?yàn)橥鈭?chǎng)下低溫區(qū)Mn摻雜的GeTe薄膜的磁矩排列呈現(xiàn)鐵磁性,而高溫區(qū)呈現(xiàn)順磁性。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明厚度為60、120和200nm的Mn摻雜GeTe薄膜的居里溫度為48、97和110K。居里溫度隨著薄膜厚度的增加而增加,在薄膜厚度為200nm時(shí)達(dá)到了110K。 論文研究了Ge0.89Mn0.11Te薄膜電特性的厚度依賴關(guān)系。測(cè)試結(jié)果表明所有薄膜的載流子濃度都大于1×1021cm-3電阻隨著薄膜厚度的減小而減小,說(shuō)明了載流子的遷移率增加。測(cè)試了不同溫度下Ge0.89Mn0.11Te薄膜的霍爾電阻與磁場(chǎng)的關(guān)系。隨著溫度的增加反常hall效應(yīng)降低,表明了存在著本征載流子誘發(fā)的鐵磁性。 綜上所述,我們針對(duì)相變磁性材料Ge1-xMnxTe進(jìn)行的了磁性及電特性研究,為其在下一代電、磁特性結(jié)合的多功能微納器件中的應(yīng)用及發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：相變磁性材料 非晶態(tài) 晶態(tài) 鐵磁性調(diào)控 薄膜厚度
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM27
【目錄】：

• ABSTRACT4-7
• 摘要7-11
• 1 Introduction and background11-18
• 1.1 Background11-13
• 1.2 Motivations13-14
• 1.3 Objectives14-15
• 1.4 Methodology15-16
• 1.5 Thesis arrangements16-18
• 2 Research progress in phase change magnetic materials18-32
• 2.1 Introduction18
• 2.2 Phase change materials (PCM)18-21
• 2.3 Diluted magnetic semiconductors21-23
• 2.4 Phase change magnetic materials23-24
• 2.5 Transition metal (TM) doped GeTe based PCM24-32
• 3 Methods of deposition and characterization for phase change magneticmaterials32-43
• 3.1 Introduction32-33
• 3.2 Deposition for Mn doped GeTe thin films33-35
• 3.3 Characterization techniques for Mn doped GeTe thin films35-43
• 4 Deposition and Compositions of Ge_(1-x)Mn_xTe thin films43-54
• 4.1 Introduction43-44
• 4.2 Substrates cleaning44
• 4.3 Deposition parameters and compositions of Ge_(1-x)Mn_xTe thin film44-53
• 4.4 Chapter summary53-54
• 5 Microstructure and optical properties of Ge_(1-x)Mn_xTe thin films54-81
• 5.1 Introduction54
• 5.2 Microstructural properties of Ge_(1-x)Mn_xTe thin films54-73
• 5.3 Optical properties of Ge_(1-x)Mn_xTe thin films73-79
• 5.4 Summary79-81
• 6 Magnetic and electrical properties of Ge_(1-x)Mn_xTe thin films81-102
• 6.1 Introduction81-82
• 6.2 Magnetic properties of Ge_(1-x)Mn_xTe thin films82-93
• 6.3 Electrical properties of Ge_(1-x)Mn_xTe thin films93-101
• 6.4 Summary101-102
• 7 Conclusions and future work102-106
• 7.1 Conclusions102-105
• 7.2 Future work105-106
• Acknowledgements106-107
• References107-119
• Publications119

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2 喻江濤;李明偉;王曉丁;程e，

本文編號(hào)：256891