《畢業(yè)論文答辯》PPT課件.ppt

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指導(dǎo)教師：XXX,Mn摻雜的Ge量子環(huán)的電磁特性研究,班級(jí)：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)體簡介,稀磁半導(dǎo)體(DMS)是在半導(dǎo)體中摻雜低濃度的過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)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、研究背景及意義,鍺—Ge，位于元素周期表中第4周期第ⅣA族的元素，是常見的半導(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，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：通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了其表面形貌變化；拉曼測試儀，X射線能譜圖（EMAX）等表征手段測試了樣品的微觀結(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，界面變得非常平整，說明擴(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)晶性變得越好。在拉曼譜中沒有發(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曲線幾乎完全相同。,四、結(jié)果與討論,,圖(6)量子環(huán)的在有無磁場存在時(shí)的電壓差,圖(6)顯示出在磁場分界處電壓差ΔV隨著外部有效增長而迅速增長。退火樣品(A)的電壓差最大為4V，未退火樣品(B)的最大電壓差為3V。相反的，在反向磁場時(shí)，兩樣品的電壓差ΔV都迅速趨向飽和狀態(tài)。,四、結(jié)果與討論,,圖(7)量子環(huán)的在有無磁場存在時(shí)的磁阻差,如圖(7)所示：當(dāng)磁場強(qiáng)度H小于0.75Oe時(shí)，磁阻ΔR隨著磁場增大直線增大，然后增長趨勢變緩趨向飽和。在磁場分界處ΔR有很大改變。未退火樣品和退火樣品飽和ΔR不同，分別趨向125KΩ和163kΩ。說明Gel-xMnx環(huán)樣品具有巨大的磁阻。,四、結(jié)果與討論,,圖(8)退火樣品與未退火樣品300K時(shí)的磁滯回線,圖(8)是退火樣品(紅)與未退火樣品(黑)在室溫下的磁滯回線。這結(jié)果表明室溫下Gel-xMnx環(huán)出現(xiàn)了較強(qiáng)的鐵磁性。磁滯回線中上升陡峭處表明樣品是內(nèi)在稀磁半導(dǎo)體。樣品表明性質(zhì)相似的磁滯回線增大磁性效果顯著。,室溫鐵磁性和其他人報(bào)道的Ge:Mn納米線鐵磁性是一致的。我們相信樣品的鐵磁性是由于摻雜的Mn原子引起的。,五、全文總結(jié),本文主要介紹了采用PECVD和磁控濺射法相結(jié)合制備稀磁Gel-xMnx薄膜，系統(tǒng)的研究了退火與未退火條件下，樣品表面形貌變化；測試了樣品的微觀結(jié)構(gòu)，分析樣品電學(xué)特性；運(yùn)用超導(dǎo)量子干涉儀測量樣品的磁滯回線，表征其磁學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)我們所制備的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。在室溫下具有很強(qiáng)的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力，呈現(xiàn)出很強(qiáng)鐵磁性特征。因此，該磁性Ge:Mn量子環(huán)可用于制備各種電磁器件，如電磁開關(guān)和存儲(chǔ)器等。,本課題在整個(gè)研究過程中得到XXX老師的悉心指導(dǎo)。從選定論文課題開始，X老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我解答研究過程中遇到的各種疑問，幫助我不斷深入了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程及原理。在樣品分析和論文寫作過程中也得到馬老師的悉心幫助；在實(shí)驗(yàn)方面，XXX、XXX兩位老師給了我很大的指導(dǎo)與幫助。在此我特別向XXX和XXX、XXX三位老師致以誠摯的謝意。同時(shí)向所有給予我?guī)椭钠渌蠋熤乱灾孕牡母兄x。,六、致謝,謝謝大家！,