單晶Fe-,3-O-,4-薄膜的磁性研究.pdf

1、隨著大規(guī)模的信息和多媒體時代的到來，飛速發(fā)展的各種電子信息的交換及存儲越來越要求器件的存儲密度更高，速度更快、功耗更低、尺寸更小及重量更輕。以電子自旋為核心的下一代半導體電子器件成為目前人們研究的熱點。磁性金屬薄膜和半導體的集成結構的制備以及匹配特性研究成為半導體自旋電子學新器件的關鍵性應用基礎研究，目前正受到越來越多的重視。本論文以Fe3O4單晶外延薄膜為主要研究對象，運用鐵磁共振，磁光克爾效應結合結構分析，對薄膜的磁各向異性和表（界

2、）面效應等進行了研究。主要研究結果如下：
　　 1.在半導體GaAs上外延的Fe3O4薄膜是在外延Fe薄膜后，采用500 K溫度中、5×10-5 mbar的氧氣壓下原位熱處理合成的，利用RHEED監(jiān)控可見Fe3O4薄膜相對于Fe薄膜在結構上旋轉了45°，因此其晶胞相對于GaAs晶胞也旋轉了45°，外延關系為Fe3O4（100）<011>//GaAs（100）<001>；而對于Fe3O4/MgO/GaAs（100）結構的薄膜，同樣

3、的生長工藝下，由于Fe層相對于MgO層旋轉了45°角，因此Fe3O4的晶胞是平行于GaAs晶胞生長的，其外延關系為Fe3O4（100）<001>//MgO（100）<001>//GaAs（100）<001>。
　　 2.Fe3O4（t）/GaAs（100）薄膜的厚度t變化對其磁各向異性有較大影響。隨著Fe3O4膜厚的增加，薄膜表現出的磁各項異性從以易軸為[0-11]方向的單軸各向異性為主，轉變到立方磁晶各向異性的逐漸長大，以及最

4、終以立方磁晶各向異性為主的過程。
　　 3.通過在GaAs（100）和Fe3O4之間添加勢壘層MgO來考察Fe3O4（3nm）/MgO（t）/GaAs（100）體系的磁性變化，結果表明隨著勢壘層MgO厚度的增加，易磁化方向從[0-11]逐漸向<001>轉動，磁各向異性由2度對稱的平面單軸各向異性過渡到四度對稱的平面立方各向異性。我們還首次發(fā)現當MgO較厚時，如4 nm，四度對稱的平面立方各向異性易磁化方向從<001>又轉回到<0