论文部分内容阅读
稀磁性半导体(DMS)是指在半导体化合物中，由磁性过渡族金属离子部分替代非磁性离子所形成的一类新型半导体材料。由于这种材料具有半导体和磁性材料的综合特性，可望广泛应用于未来的自旋电子器件以及量子计算机中，从而引起了人们极大的兴趣。 目前，探索室温下表现出铁磁性的DMS材料成为该领域研究的热点之一。有报道称采用离子注入的方法将Mn~+注入到GaAs单晶衬底中，经过快速热退火处理后，发现在晶体中生成了MnAs第二相。经研究发现MnAs具有较高的居里温度(318K)，在室温下表现为铁磁性。以往对Mn注入GaAs材料磁性质的研究较多，而关于其电性质以及Mn在晶体中存在状态的研究较少。 本课题采用离子注入的方法将不同剂量的Mn~+注入到非掺杂半绝缘(100)GaAs单晶衬底中，然后进行不同温度和时间的快速热退火处理，研究了不同的退火条件对样品注入层的晶体结构、电特性和磁特性的影响以及Mn~+在样品中的存在状态与这些性质之间的关系。还进行了Mn~+、C双离子注入，研究了C对样品性质的影响。 利用X-射线衍射法和原子力显微镜对样品的晶体结构和表面形貌进行了研究。发现随着退火温度的升高，样品的晶格质量得以恢复；注入表面形成的晶格缺陷逐渐减少。在850℃+15s退火处理的样品中发现了第二相形成的衍射峰。 利用霍尔测试系统对室温下样品的方块电阻、方块载流子浓度、载流子迁移率以及霍尔系数进行了测试。所有样品均为P型导电类型；发现在650℃到850℃温度范围内，随着退火温度的升高，样品的方块载流子浓度呈下降趋势，而载流子迁移率呈上升趋势；这是由于在退火过程中，随着退火温度的升高，有更多的Mn参与MnAs相的形成，使得以替位受主形式存在的Mn减少，并且晶格缺陷得到恢复所致。 利用电化学C-V法对样品的载流子浓度的纵向分布进行了研究，发现在距离样品表面0.25μm处载流子浓度达到最大。利用二次离子质谱方法对Mn和C在样品中的分布进行了研究，发现退火温度的上升，有利于Mn的扩散；而对C的分布影响较小。 利用磁力显微镜和超导量子干涉仪对样品的磁性质进行了研究。发现在850℃+15s退火处理的样品中形成了亚微米级单畴磁性MnAs粒子；经测试其在室温下呈现出铁磁性，居里温度在300K以上。