Magnetoresistance of the Thin InN Film and The Effect of DC Excitation on Magnetoresistance in a 2DEG System

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研究生：	巫建凱 Wu, Chien-Kai
論文名稱：	Magnetoresistance of the Thin InN Film and The Effect of DC Excitation on Magnetoresistance in a 2DEG System 氮化銦薄膜的磁阻研究與二維電子氣體系統中直流激發對磁阻之影響
指導教授：	林怡萍 Lin, Yiping
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 物理學系 Department of Physics
論文出版年：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	80
中文關鍵詞：	氮化銦、氮化銦薄膜、磁阻、二維電子氣體、直流激發
外文關鍵詞：	InN, Thin InN Film, Magnetoresistance, 2DEG, DC Excitation
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本實驗論文分兩部分，第一部分為氮化銦磁阻的研究，第二部分為二維電子氣體系統中直流激發對磁阻之影響。
第一部份中，我們針對了氮極性和銦極性的10nm氮化銦樣品，利用弱局域效應的實驗，進行電子傳輸的研究。在不同極性的10nm氮化銦中，電阻率對溫度的變化皆隨溫度降低而上升，而磁阻的變化則在不同極性之間呈現了兩種不同的表現。由擬合結果來說明，其差別在於氮極性的τ□在低溫時會大於τso；而銦極性氮化銦的τ□則都是小於τso的。在不同厚度的氮化銦樣品中，1000nm氮化銦在低溫時有超導特性；而25nm氮化銦與10nm氮化銦並無超導特性，可知厚度與超導特性有關。在磁阻的結果方面，同為氮極性25nm與10nm的趨勢相同；而在1000nm氮化銦中則有很強的超導變動貢獻。在各樣品的霍爾電壓量測中，將磁場反向量測藉以修正霍爾電壓，結果斜率差不多且有一平移量；各溫度的霍爾電壓訊號的斜率並無太大差異；另外發現霍爾係數隨磁場上升而下降，與文獻中的結果不同。
第二部份中，我們在GaAs/AlGaAs異質結構藉由量測微分電阻值來觀察在直流偏置電流激發下的非線性現象，以探討可觀察到的條件並Zener tunneling解釋；接著選定四種不同位置之磁場，改變直流偏置電流來觀察理論模型所無法解釋的零偏置電流凹陷處。定電流掃磁場實驗中，在樣品X01、X02觀察到有別於SdH的振盪，擬合結果接近理論值；但樣品LM4712、LM4545A中並無觀察到；比較樣品後發現樣品載子濃度與遷移率是影響能否觀測的變因。而在高磁場區域則觀察到量子霍爾效應的崩潰現象。定磁場掃電流實驗中，在四個樣品觀察到於波峰、波峰右側磁場位置的微分電阻皆有零偏置電流的凹陷處，與先前結果一致，且有良好的擬合結果，但擬合參數I0與文獻中所述之結果互相矛盾。
而附錄是針對歐姆接觸各環節步驟作一系列的測試，最後觀察並整理各環節對歐姆接觸的影響。

第一部分    氮化銦薄膜之磁阻研究
第一章    簡介..............................................1
第二章    三維電子系統磁阻的量子修正.................3
2.1    電子與電子間的交互作用.................................3
2.2    弱局域效應.............................................4
2.3    超導變動...............................................8

第三章    氮化銦樣品製備及量測方法...................10
3.1    樣品製備程序..........................................11
3.2    氦四低溫系統..........................................13
3.3    量測裝置..............................................15

第四章    實驗結果與討論................................16
4.1    氮化銦樣品實驗量測參數................................16
4.2    不同極性之氮化銦之磁阻................................18
4.3    不同厚度之氮化銦之磁阻................................24
4.4    霍爾電壓之探討........................................27
第五章    結論.............................................31

第二部份    二維電子氣體系統中直流激發對磁阻的影響
第六章    簡介.............................................32
第七章    理論.............................................34
7.1    二維電子氣體系統......................................34
7.2    藍道能階(Landau levels)的形成.........................35
7.3    Shubnikov-de Haas (SdH) 振盪...........................38
7.4    整數量子霍爾效應......................................40
7.5    Zener tunneling.......................................42
第八章    量測方法與樣品製備...........................44
8.1    微分電阻..............................................44
8.2    量測微分電阻的電路設計................................45
8.3    量測架設..............................................47
8.4    樣品介紹..............................................49
8.5    樣品製備程序..........................................50
第九章    實驗量測結果與討論...........................51
9.1    樣品參數..............................................51
9.2    Shubnikov-de Haas(SdH) 震盪...........................51
9.3    定電流掃磁場微分電阻量測..............................53
9.4    定磁場掃電流微分電阻量測..............................58
第十章    結論.............................................64

附錄
I.    簡介..................................................65
II.    快速熱退火..........................................65
III.    黃光微影參數調變以及氬氣電漿.................68
IV.    光阻選用............................................73
V.    結論..................................................77

參考文獻....................................................78

                                

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