鈷掺雜P 型與錳掺雜N 型氮化鎵稀磁半導體之研究

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研究生：	尤隆禹
論文名稱：	鈷掺雜P 型與錳掺雜N 型氮化鎵稀磁半導體之研究 The study of Co-doped P type and Mn-doped N type 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：	2009
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	91
中文關鍵詞：	稀磁半導體、氮化鎵
外文關鍵詞：	DMS, Diluted, Diluted Magnetic Semiconductors
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本實驗主要是藉由離子柨植的方法將鈷、錳過渡元素離子分別柨植到p 型、
n 型氮化鎵材料來製備稀磁半導體，由於離子柨植方法在現今半導體工業上是很
普遍的技術，因此可利用這技術來大量製備稀磁半導體。
在本實驗是將表面鍍有氮化矽的p 及n 型氮化鎵，柨植鈷或錳離子，劑量為
) / (# 10 2 2 16 cm □ 、) / (# 10 3 2 16 cm □ 在1100℃下做一分鐘退火處理，之後做磁性質、
電性質量測，在磁性方面，我們是藉由多功能物理量測系統(PPMS)量測M-H 曲線
在室溫下有顯示鐵磁性質，在電性量測方面是繼先前學長在不同溫度下量測霍爾
電阻有觀察到異常霍爾效應，之後在試片上外加一電壓來量測霍爾電阻變化，也
有觀察到霍爾電阻變化，在微結構分析方面，是藉由穿透式電子顯微鏡，高解析
X 光繞射儀分析，對劑量) / (# 10 3 2 16 cm □ P 型(Ga Co)N 試片其在TEM、XRD 分析得
到有析出相產生，其它劑量試片則是沒有觀察到。

章節目錄
章節
頁次
摘要 ..................................................... I
章節目錄 ...................................................... II圖目錄 ...................................................... IV
表目錄 ......................................................IХ
第一章 研究動    機 ....................................................... 1
第二章 文獻回顧........................................................ 2
2-1 稀磁半導體磁性來源理論 ....................................................... 2
2-1-1 平均場理論 (Mean-Field theory) ...................................................2
2-1-2 第一原理計算 ....................................................... 4
2-1-3 侷限載子式鐵磁性 ....................................................... 5
2-1-4 互巡迴式鐵磁性 ........................................................7
2-2 氮化鎵稀磁半導體製備方法 ........................................................8
2-2-1 氮化錳鎵(Ga,Mn)N 稀磁半導體 ....................................................... 8
2-2-2 氮化鈷鎵( (Ga,Co)N 稀磁半導體 .......................................................16
2-3 稀磁半導體元件 .......................................................18
第三章 實驗步驟與分析方法 .......................................................31
3-1 實驗步驟 .......................................................31
3-2 離子佈植與理論模擬 .......................................................32
3-2-1 理論程式模擬 .......................................................32
3-2-2 離子佈植簡介 .......................................................32
3-2-3 加速器設備 .......................................................32
3-3 退火處理 .......................................................34
3-4TEM 試片製作 .......................................................34
3-5 穿透式電子顯微鏡 .......................................................38
3-5-1 說明各訊號產生的機制和接收分析儀器 .......................................................38
3-5-2 穿透式電子顯微鏡系統 .......................................................40
3-6 X 光能量散佈光譜分析儀 .......................................................42
3.7 電子束蒸鍍儀 .......................................................42
3.8 原子層化學氣相沉積 .......................................................43
3.9 高解析X 光繞射儀 .......................................................43
3.10 多功能物理性質量測系統........................................................44
第四章 實驗結果與討論 .......................................................51
4-1 SRIM 模擬與離子佈植 .......................................................51
4-2 退火處理 ...................................................... 56
4-3 氮化矽蝕刻條件 .......................................................56
4-4 以1100℃退火條件下製備P 型(Ga,Co)N 和N 型(Ga,Mn)N 稀磁半導體材料........................................................56
4-4-1 微結構分析 .......................................................57
4-4-2 磁性量測 .......................................................62
4-4-3 電性量測 .......................................................69
4-4-3-1 元件製作 .......................................................69
4-4-3-2 霍爾量測 .......................................................69
4-4-3-3 R-H 曲線fitting ..................................................79
第五章 結論........................................................87
第六章未來研究方向及建議 .......................................................88
參考文獻 .......................................................89

                                

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