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《畢業(yè)論文答辯ppt Mn摻雜的Ge量子環(huán)的電磁特性研究.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、指導(dǎo)教師：XXXMn摻雜的Ge量子環(huán)的電磁特性研究XXXX學(xué)生：XXX學(xué)號(hào)：0XXXXX論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容第一部分：緒論第二部分：樣品制備技術(shù)與表征方法第三部分：磁控濺射法制備Ge1-XMnX及其特性研究第四部分：結(jié)論一、稀磁半導(dǎo)體簡(jiǎn)介稀磁半導(dǎo)體(DMS)是在半導(dǎo)體中摻雜低濃度的過(guò)渡金屬離子而生成的磁性材料。它能利用電子的電荷特性和自旋特性，即兼具半導(dǎo)體材料和磁性材料的雙重性，也就是說(shuō)它將半導(dǎo)體材料的信息處理與磁性材料的信息存儲(chǔ)功能融合在一起。這類(lèi)材料制成器件尺寸更小、運(yùn)算速度更快、功耗更低、且存在非易失性，在半導(dǎo)體集成電路、磁感應(yīng)器和自旋量子計(jì)算機(jī)
2、等領(lǐng)域蘊(yùn)涵著巨大的潛在應(yīng)用前景。背景：20世紀(jì)60年代，人們首次發(fā)現(xiàn)鐵磁性與半導(dǎo)體性質(zhì)可以共存。21世紀(jì)初，Park等人發(fā)現(xiàn)了Mn摻雜Ge基稀磁半導(dǎo)體材料的鐵磁性之后，Ⅳ族基稀磁半導(dǎo)體材料吸了引人們的注意力。隨后，趙玉軍等人使用全電子密度泛函(FLAPW)從理論上得到高達(dá)400K的居里溫度，Gel-xMnx稀磁半導(dǎo)體便成為研究熱點(diǎn)。綜合分析目前已有的研究成果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于Gel-xMnx稀磁半導(dǎo)體的研究大都以Ge納米線為摻雜對(duì)象，而對(duì)Ge量子環(huán)的摻雜研究較少。因此，我們選擇“Mn摻雜Ge量子環(huán)的電磁特性研究”作為研究課題。二、研究背景及意義二、研究背景及意
3、義鍺—Ge，位于元素周期表中第4周期第ⅣA族的元素，是常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料之一，單晶Ge具有金剛石結(jié)構(gòu)。由于具有比Si材料高的電子和空穴遷移率，較小的玻爾半徑及禁帶寬度，同時(shí)能與Si基半導(dǎo)體工業(yè)匹配，其低維結(jié)構(gòu)具有顯著的量子尺寸效應(yīng)和量子隧穿效應(yīng)。這些效應(yīng)可用于制備工作電流閾值低、高速、低功耗的光電子器件。所以Ge基稀磁半導(dǎo)體不但居里溫度較高、電子傳輸性能良好，而且還能與目前廣泛應(yīng)用的Si基半導(dǎo)體工藝相兼容。二、研究背景及意義意義：研究Ge基稀磁半導(dǎo)體不僅豐富磁學(xué)和半導(dǎo)體物理理論體系，促進(jìn)固體物理學(xué)的發(fā)展。同時(shí)，由于稀磁半導(dǎo)體具有巨g因子效應(yīng)、磁光電效應(yīng)等
4、新的物理效應(yīng)，并且有優(yōu)良的結(jié)晶學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。利用Ge基稀磁半導(dǎo)體制成的器件具有速度快、體積小、耗能低、非易失性、多載流子等優(yōu)點(diǎn)。相信在不久的將來(lái)，Ge基稀磁半導(dǎo)體器件一定能取代現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件而成為信息處理的主角。三、制備及研究方法n-Si(100)n-Si(100)Ge層n-Si(100)Mn/Ge復(fù)合層(b)(a)Ge層制備方法如右圖所示：將n-Si襯底清洗干凈并用N2吹干備用先利用PECVD法在n-Si襯底上沉積單分散Ge量子環(huán)薄膜。然后在生長(zhǎng)好的Ge量子環(huán)薄膜上用磁控濺射法摻雜Mn原子制備稀磁Gel-xMnx薄膜。最后將樣品在700℃溫度
5、下Ar環(huán)境中進(jìn)行退火處理。圖(1)樣品制備流程三、制備及研究方法表征方法：通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了其表面形貌變化；拉曼測(cè)試儀，X射線能譜圖（EMAX）等表征手段測(cè)試了樣品的微觀結(jié)構(gòu)；根據(jù)霍爾效應(yīng)觀察摻雜濃度、I-V特征曲線和磁阻特性；利用超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）測(cè)量樣品的磁性。四、結(jié)果與討論(a)(b)放大的圖右圖(a)為退火樣品的表面SEM圖，可以看出所制備的Ge:Mn磁性量子環(huán)均勻地低分散在硅片上，呈漂亮的、高度對(duì)稱的環(huán)形形狀，且各環(huán)之間分布均勻，互相獨(dú)立。從放大圖片(b)可以看出量子環(huán)的直徑約為6um。除量子環(huán)以外其它的區(qū)域，界面變
6、得非常平整，說(shuō)明擴(kuò)散退火極好的改變了薄膜的晶體結(jié)構(gòu)與表面形貌。圖(2)在Si襯底上Mn摻雜Ge量子環(huán)的掃描電子顯微鏡下的照片四、結(jié)果與討論圖(3)退火樣品的X射線能譜圖右圖為退火樣品的EMAX能譜圖，能譜圖中顯示，樣品含有Si，Ge，Mn三種物質(zhì)峰值濃度分別為48%，37.6%和6.4%。這表明Mn原子有效地?fù)诫s進(jìn)Ge量子環(huán)，達(dá)到峰值濃度6.4%。由能量譜得到理想配比為Ge0.48Si0.38Mn0.06。四、結(jié)果與討論圖(4)Mn摻雜Ge量子環(huán)退火與未退火的拉曼光譜實(shí)驗(yàn)證明，隨著襯底溫度的升高，峰位向300cm-1處移動(dòng)，該拉曼特征峰會(huì)越強(qiáng)，結(jié)晶性變
7、得越好。在拉曼譜中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Ge-Mn峰或者M(jìn)n-Mn特征峰。由圖(4)可以看到，在未退火條件下樣品的拉曼特征峰非常低，拉曼峰值在279cm-1處；但是退火后，特征峰強(qiáng)增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)，線形也變得對(duì)稱，說(shuō)明樣品已經(jīng)很好的結(jié)晶。四、結(jié)果與討論圖(5)退火樣品(A)與未退火樣品(B)的I-V特性曲線從圖(5)中可以看出：兩個(gè)樣品都具有高質(zhì)量的I-V特性，開(kāi)啟電壓很小(0.25V)，在電壓0-5V的范圍內(nèi),電流隨電壓的增加呈類(lèi)指數(shù)形式遞增，且退火樣品的增幅明顯大于未退火樣品；當(dāng)在V<0時(shí)，反向漏電流幾乎為零，并隨反向偏壓的漏電流也很小。此時(shí)兩個(gè)樣品的I-V曲線
8、幾乎完全相同。四、結(jié)果與討論圖(6)量子環(huán)的在有無(wú)磁場(chǎng)存在時(shí)的電壓差圖(6)顯示出在磁場(chǎng)分界處
