Mn-,x-Si-,1-x-薄膜的SSMBE制備及XAFS結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體(Dilute Magnetic Semiconductor，DMS)由于在自旋電子學(xué)中潛在的應(yīng)用價(jià)值而受到人們極大的重視。Mn<,x>Si<,1-x>薄膜因其與已有的Si基電子學(xué)工藝的兼容性而成為稀磁半導(dǎo)體領(lǐng)域重點(diǎn)研究的材料之一。近些年的報(bào)道中，在Mn<,x>Si<,1-x>薄膜中不斷觀測(cè)到低溫及室溫下的鐵磁性，但關(guān)于磁性的產(chǎn)生機(jī)理還存在很多爭議?？梢钥隙ǖ氖荕n<,x>Si<,1-x>材料本身的制備條件對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和磁性影

2、響較大。因此弄清楚Mn在Si中的存在形式及局域結(jié)構(gòu)對(duì)于解釋鐵磁性具有重要意義。 本文應(yīng)用固源分子束外延(SSMBE)技術(shù)，通過改變襯底溫度、束源蒸發(fā)速率以及退火溫度等條件制備出不同錳含量的Mn<,x>Si<,1-x>薄膜，利用反射高能電子衍射(RHEED)、X射線衍射(XRD)、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)技術(shù)研究樣品中Mn原子的局域結(jié)構(gòu)隨制備條件的變化規(guī)律，為探討磁性來源提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。研究結(jié)果表明： 1.當(dāng)襯底在不加

3、熱的情況下，Mn原子均勻分布于非晶態(tài)的Si基質(zhì)中，Mn原子最近鄰只形成Si配位，次近鄰也沒有Mn配位的存在。 2.當(dāng)襯底溫度升高后，RHEED顯示Si基質(zhì)隨襯底溫度升高而由非晶轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑?。EXAFS擬合結(jié)果表明，在Mn-Si最近鄰之外形成了新的：Mn-Mn配位，其配位數(shù)明顯小于已知的Mn-Si化合物結(jié)構(gòu)。而在400℃襯底溫度下，低含量Mn形成Mn-Mn配位，高含量Mn形成MnSi<,1.7>的結(jié)構(gòu)，表明此溫度處于MnSi<,1.

4、7>形成的臨界點(diǎn)，只有當(dāng)Mn濃度增加到一定量時(shí)才能形成MnSi<,1.7>的結(jié)構(gòu)。 3.襯底溫度繼續(xù)升高，RHEED結(jié)果顯示薄膜保持著Si的晶格。XANES及EXAFS結(jié)果均表明，即使Mn的含量很低，Mn原子也很容易聚集并與Si化合而形成MnSi<,1.7>，此時(shí)Mn原子全部以Mn元素局部富集的MnSi<,1.7>化合物晶粒的形式存在于晶態(tài)Si的基質(zhì)中，濃度變化對(duì)局域結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。 4.通過對(duì)樣品高溫退火前后結(jié)構(gòu)的比