非均匀Fe-Ti-O磁性半导体薄膜的结构、磁性和电输运特性

摘要

非均匀磁性半导体薄膜是一种同时具备半导体性质和磁性质的薄膜材料，是最有可能实现自旋电子器件实际应用的材料之一。这类薄膜主要通过向半导体中掺杂磁性离子来制备。人们先后在磁性金属–非磁性金属多层膜系统、磁性金属–绝缘体颗粒系统以及磁性隧道结中发现了室温下的磁电阻效应(GMR)，并努力将这种非本征的电子输运特性应用到电子学器件中。GMR效应来源于电子的自旋相关散射或自旋相关的隧道效应，即与两个相邻磁性单元的磁化强度的相对取向以及传导或隧道电子的自旋极化率有关。因此，近年来，非均匀磁性体系的磁性、结构及自旋相关的电子输运特性的研究是电子材料和器件领域最为活跃的研究课题之一。
　　本论文中采用磁控溅射的方法制备了非均匀的FexTi1-xOδ磁性半导体薄膜，并对制备的FexTi1-xOδ系列薄膜的微结构、磁性质及电输运性质进行了详细的表征和分析。
　　研究表明所制备的薄膜是非结晶态的，且薄膜内各种元素的分布是不均匀的。所有的样品在低温时都具有明显的铁磁性特征；温度为5 K时，样品的矫顽力超过600 Oe，磁化强度的最大值超过1000 emu/cm3；室温时，样品的矫顽力与剩磁都减小为0，磁化强度的最大值减少为410 emu/cm3。对样品的电输运性质研究表明：所制备薄膜的电输运特性为可变程跃迁导电机制，温度为3 K时，样品中最大的负磁电阻值为32％；室温下，磁电阻仍为8％，并且为负值。低温时的负磁电阻效应是由薄膜的无序磁矩的反铁磁性造成的。

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第一章 绪论

1.1自旋电子技术研究背景及现状

1.2 非均匀磁性半导体磁性的研究

1.2.1 ZnO基磁性半导体

1.2.2 TiO2基磁性半导体

1.2.3 SnO2基磁性半导体

1.2.4 In2O3基磁性半导体

1.2.5 Cu2O基磁性半导体

1.3非均匀磁性半导体输运性质的研究

1.3.1磁电阻效应的研究

1.3.2反常霍尔效应的研究

1.4国内外研究所面临的问题

1.5本论文的主要工作

第二章 实验方法

2.1 FexTil-xOδ磁性半导体薄膜的制备

2.1.1 磁控溅射技术

2.2 形貌结构与成分分析

2.2.1 原子力显微镜

2.2.2 透射电子显微镜

2.2.3 X射线衍射仪

2.2.4 X射线光电子能谱

2.2.5 台阶仪

2.3 磁学与输运性质的测试

2.3.1 振动样品磁强计

2.3.2 物理性质测试系统

2.3.3 双电测四探针测试仪

2.3.4 超导量子干涉仪

第三章 非晶FexTi1-xOδ磁性半导体薄膜的结构、磁性和电输运特性

3.1非晶FexTi1-xOδ薄膜的微观结构与化学成分

3.2 非晶FexTi1-xOδ薄膜的电输运特性

3.3 非晶FexTi1-xOδ薄膜的磁电阻效应

3.4 非晶FexTi-xOδ薄膜的磁性质

3.5 本章小结

第四章 结论和展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢