利用離子佈植法摻雜錳於n型氮化鎵之稀磁半導體性質研究

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研究生：	劉玉迪 Yudi Liu
論文名稱：	利用離子佈植法摻雜錳於n型氮化鎵之稀磁半導體性質研究 The study of Mn-implanted n-GaN diluted magnetic semiconductors
指導教授：	開執中陳福榮
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	55
中文關鍵詞：	稀磁半導體、錳、氮化鎵、離子佈植
外文關鍵詞：	DMS, Mn, GaN, ion implantation
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本實驗以CVD的方式先在n-GaN材料表面鍍上Si3N4，再利用離子佈植法，將Mn摻雜於n型的GaN材料中，劑量範圍從8x1015cm-2至5x1016cm-2。接著在N2氣氛下，分別進行700℃、800℃、900℃持溫ㄧ分鐘的快速退火，藉由不同的溫度，以SQUID測量不同條件的試片的磁性質，探討退火溫度對於磁性質所產生的影響，且以TEM、EDS觀察檢測材料結構、成份。另外以濕式蝕刻法去除Si3N4，最後在試片表面鍍上電極，以PPMS檢測霍爾效應、磁阻大小。
在SQUID實驗結果中，我們發現試片有明顯的磁訊號，磁化量的大小約在2x10-4emu/cm2以下，而換算為每個Mn離子貢獻的磁矩，其值都小於理論值，飽和磁化量與矯頑磁場會隨退火溫度的不同而改變。而在TEM觀察下，發現析出物的產生且其分布情況隨著退火溫度而有所不同。最後關於電性的量測，PPMS量測出霍爾效應，發現不管是室溫或者低溫，皆只表現出一般的霍爾效應，以及在退火700℃試片、低溫量測時才有發現的負磁阻現象。

目錄
 第一章 前言----------------------------------------------1
1-1 背景--------------------------------------------------1
1-2 氮化鎵稀磁半導體的研究動機----------------------------1
 第二章 文獻回顧------------------------------------------4
2-1 載子引致鐵磁性理論(carrier-mediated ferromagnetism)與 平均場模型(mean field model)--------------------------------4
2-2 實驗文獻回顧------------------------------------------5
2-2-1 利用離子佈植法(ion implantation)摻雜----------------5
2-2-2 利用分子束磊晶方式摻雜------------------------------8
2-2-3 利用固態擴散方式摻雜-------------------------------11
2-3 載子引致鐵磁性的場效電晶體---------------------------15
 第三章 實驗步驟與分析方法-------------------------------20
3-1 稀磁半導體材料製備條件與流程-------------------------20
3-2 製備方法---------------------------------------------21
3-2-1 離子佈植與模擬-------------------------------------21
3-2-2 熱退火處理-----------------------------------------22
3-2-3 歐姆接觸電極製作-----------------------------------22
3-3 分析設備---------------------------------------------23
3-3-1 穿隧式電子顯微鏡(Tunneling Electron Microscopy, TEM)23
3-3-2 Ｘ光能量分散光譜(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)---------------------------------------26
3-3-3 超導量子干涉儀(Superconducting QUantum Interference Device, SQUID)-------------------------------------------27
3-3-4 物性量測系統---------------------------------------28
 第四章 實驗結果與討論-----------------------------------31
4-1 結構分析---------------------------------------------31
4-2 磁性分析---------------------------------------------36
4-3 霍爾量測分析-----------------------------------------43
 第五章 結論---------------------------------------------50
 第六章 未來研究方向建議---------------------------------52
 參考文獻------------------------------------------------53

                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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