SiC-Cu稀磁半導(dǎo)體納米多層膜的結(jié)構(gòu)、輸運(yùn)性質(zhì)及磁性.pdf

1、現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了信息的存儲(chǔ)和處理。存儲(chǔ)信息利用了磁性材料的磁矩，即電子的自旋自由度;處理信息通過(guò)半導(dǎo)體材料的電荷運(yùn)動(dòng)，即電子的電荷屬性，但是兩者一直獨(dú)立發(fā)展，互不兼容。稀磁半導(dǎo)體能夠同時(shí)利用電子的電荷屬性和自旋屬性，使材料既具有半導(dǎo)體性質(zhì)又有磁性。因此，稀磁半導(dǎo)體材料受到了廣泛的關(guān)注。
　　實(shí)驗(yàn)中采用射頻磁控濺射和直流磁控濺射交替濺射的方法，在Si(100)基片上沉積了SiC/Cu稀磁半導(dǎo)體納米多層膜。采用XRD、XPS

2、、XAFS、R-T、Hall和SQUID等結(jié)構(gòu)表征及性能測(cè)試方法對(duì)SiC/Cu稀磁半導(dǎo)體納米多層膜進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　實(shí)驗(yàn)制備了三個(gè)系列的納米多層膜樣品，①[SiCx-Cu]40:改變SiC的厚度，保持Cu的厚度不變，濺射周期為40個(gè)周期;②[SiCx-Cu]70:改變SiC的厚度，保持Cu的厚度不變，濺射周期為70個(gè)周期;③[SiC-Cux]30:保持SiC的厚度不變，改變Cu的厚度，濺射周期為30個(gè)周期。對(duì)樣品[SiCx-

3、Cu]40和[SiC-Cux]30進(jìn)行了退火處理。
　　首先對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了測(cè)試分析。XRD分析表明，[SiCx-Cu]40和[SiC-Cux]30在制備態(tài)和800℃退火下均沒(méi)有結(jié)晶跡象，經(jīng)過(guò)1200℃退火后樣品中形成了3C-SiC的晶體結(jié)構(gòu)，且Cu的衍射峰變尖銳，說(shuō)明其結(jié)晶質(zhì)量提高;不同的是，樣品[SiCx-Cu]70在SiC的厚度為1.0nm、1.5nm和2.0nm，Cu為0.6nm時(shí)，在制備態(tài)時(shí)就形成了3C-SiC晶

4、體結(jié)構(gòu)，這是其他的樣品所不曾出現(xiàn)的現(xiàn)象。XPS分析證明，樣品[SiCx-Cu]40和[SiC-Cux]30在制備態(tài)時(shí)，Si-Si鍵和C-C鍵的強(qiáng)度明顯強(qiáng)于Si-C鍵和C-Si鍵，表明薄膜中SiC仍處于非晶狀態(tài)，SiC的晶體結(jié)構(gòu)還沒(méi)有形成，但是部分Cu已摻入SiC的晶格并替代Si原子位;經(jīng)過(guò)1200℃退火后，Si-C鍵和C-Si鍵的強(qiáng)度強(qiáng)于Si-Si鍵和C-C鍵的強(qiáng)度，表明經(jīng)過(guò)1200℃后，該樣品中生成了3C-SiC晶體結(jié)構(gòu)。而[SiCx

5、-Cu]70在制備態(tài)下Si-C鍵的強(qiáng)度明顯強(qiáng)度Si-Si鍵的強(qiáng)度，這說(shuō)明該樣品在制備態(tài)下就形成了SiC晶體結(jié)構(gòu)，這與XRD的測(cè)試結(jié)果相一致。
　　對(duì)薄膜進(jìn)行輸運(yùn)性能測(cè)試分析，樣品的測(cè)試溫度為10K-300K，由ρ-T曲線可以看出，樣品呈現(xiàn)半導(dǎo)體導(dǎo)電或金屬-半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制。對(duì)具有半導(dǎo)體導(dǎo)電特性的樣品按照l(shuí)n(ρ)-T-1/4的關(guān)系進(jìn)行擬合，可知其導(dǎo)電機(jī)制為Mott變程躍遷和硬帶變程躍遷相結(jié)合的躍遷形式。低溫下Mott變程躍遷占據(jù)主導(dǎo)

6、地位，高溫下則是硬帶變程躍遷占主導(dǎo)，說(shuō)明樣品中的載流子是強(qiáng)局域化的。
　　在室溫下(300K)對(duì)部分樣品進(jìn)行了磁性能測(cè)試，所有的樣品均表現(xiàn)出室溫鐵磁性。樣品[SiCx-Cu]70的飽和磁化強(qiáng)度隨著單層SiC厚度的增加而逐漸變小，且最大的飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到16emu/cm3，其飽和磁化強(qiáng)度明顯優(yōu)于另外兩個(gè)系列的樣品在制備態(tài)下的飽和磁化強(qiáng)度，這說(shuō)明在多層結(jié)構(gòu)的薄膜中單層薄膜的厚度對(duì)樣品的磁性有著較大的影響。在SiC/Cu稀磁半導(dǎo)體納米多