研究生: |
李昕桎 Shin-Chih Li |
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論文名稱: |
錳添加氫化非晶矽稀磁半導體之電性與磁性研究 The Study of Mn added a-Si:H DMS on Electrical and Magnetic Properties |
指導教授: |
金重勳
Tsung-Shune Chin |
口試委員: | |
學位類別: |
碩士 Master |
系所名稱: |
工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering |
論文出版年: | 2008 |
畢業學年度: | 96 |
語文別: | 中文 |
論文頁數: | 79 |
中文關鍵詞: | 稀磁半導體 、磁控濺鍍 |
外文關鍵詞: | DMS |
相關次數: | 點閱:2 下載:0 |
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本研究利用磁控共濺鍍的方式製備非晶矽錳稀磁半導體材料。在鍍膜過程中通入氬氣或是氬氣與氫氣混合氣體作為工作氣氛,鍍製錳添加的非晶矽與氫化非晶矽薄膜。由量測結果可知氫化處理對試片導電率、載子濃度與磁性表現均顯著提升。磁性量測結果,錳添加氫化非晶矽試片呈現鐵磁性,以錳添加濃度10.5 at%氫化非晶矽試片的磁性表現最佳,且鐵磁性表現可維持至室溫(300 K)以上。在錳添加濃度高於15.5 at%的試片中,其鐵磁性可能來至於試片中的矽錳化合物、錳原子團簇等貢獻。依據電性與磁性量測的結果,推測本研究所製備之錳添加氫化非晶矽稀磁半導體其鐵磁性來源較符合磁性偏極子(BMP)模型的理論推測。
藉由低溫霍爾量測結果目前尚未觀察到明顯異常霍爾現象。可能是由於試片在低溫時接點材料與半導體材料介面不穩定。這又或是低溫時半導體材料本身的電阻值太高所造成的影響。且推測在此系統中載子受局域化,亦無法有效傳遞訊號。本研究也嘗試在試片中添加鋁或硼元素來加強試片導電性,但效果皆不理想。因此未來對於錳添加氫化非晶矽稀磁半導體的研究應思考如何提升試片載子濃度與遷移率。
[1] T. Dietl, H. Ohno, F. Matsukura, J. Cibert, D. Ferrand,
Science 287, 1019 (2000)
[2] R. C. Chittick, J. H. Alexander, and H. F. Sterling,
J. Electrochem. Soc. 116, 77 (1969).
[3] H. Ohno, Science 281, 951 (1998).
[4] H. Ohno, J. Magn. Magn. Mater. 200, 110 (2000).
[5] Handbook of Magnetic Materials, K.H.J. Buschow et al.,
volume 7, 233~296.
[6] H. Muenkata, H. Ohno, S. von Moluar, Armin Segmuller,
L. L. Chang, L. Esaki, Phys. Rev. Lett. 63, 1849 (1989).
[7] C. Zener et al., Phys. Rev. 81, 440 (1950).
[8] V.I. Litvinov, V.K. Dugaev, Phys. Rev. Lett. 86, 5593 (2001).
[9] M. Berciu, R.N. Bhatt, Phys. Rev. Lett. 87, 107203 (2001).
[10] H. Akai, Phys. Rev. Lett. 81, 3002 (1998).
[11] J. Konig, H.H. Lin, A.H. MacDonald, Phys. Rev. Lett. 84,
5628 (2000).
[12] A. Kaminski, S. Das. Sarma, Phys. Rev. Lett. 88, 247202 (2002).
[13] A. Kaminski, S. Das. Sarma, Phys. Rev. Lett. B 68, 235210 (2003).
[14] S. J. Pearton et al, Materials Science and Engineering R, 40,
137 (2003).
[15] R. Fiederling, M. Keim, G. Reuscher, W. Ossau, G. Schmidt,
A. Waag and L. W. Molenkamp, Nature 402, 787 (1999).
[16] Y. Ohno, D. K. Young, B. Beschoten, F. Matsukura, H. Ohno,
D. D. Awscholom, Nature 402, 790 (1999).
[17] H. Ohno, D. Chiba, F. Matsukura, T. Omiya, E. Abe, T. Dietl,
Y. Ohno and K. Ohtani Nature 408, 944 (2000).
[18] N. Akibe, D. Chiba, K. Nakata, F. Matsukura, Y. Ohno, H. Yhno,
J. Appl. Phys. 87, 6436 (2000).
[19] M. Tanaka, Y. Higo, Phys. Rev. Lett. 87, 026602 (2001).
[20] Y. D. Park, A. T. Hanbicki, S. C. Erwin, C. S. Hellberg,
J. M. Sullivan, J. E. Mattson, T. F. Ambrose, A. Wilson, G. Spanos, B. T. Jonker, Science 295, 651 (2002).
[21] M. Bolduc, C. Awo-Affouda, A. Stollenwerk, M. B. Huang,
F. G. Ramos, G. Agnello, V. P. LaBella, Phys. Rev. B 71, 033302 (2005).
[22] V. Ko, K. L. Teo, T. Liew, T. C. Chong, Appl. Phys. Lett. 89, 042504 (2006).
[23] Sung-Kyu Kim, Yong Chan Cho, Se-Young Jeong, and Chae-Ryong Cho, Appl. Phys. Lett. 90, 192505 (2007).
[24] W. B. Paek, J. Kim, S. H. Lim, Phys. Stat. sol. b 241, 1521 (2004).
[25] Y.H. Kwon, T.W. Kang, H.Y. Cho and T.W. Kim, solid state communications 136, 257 (2005).
[26] X. C. Liu, Y. B. Lin, J. F. Wang, Z. L. Lu, Z. L. Lu, J. P. Xu,
L. Y. Lv, F. M. Zhang, Y. W. Du, J. Appl. Phys. 100, 073903 (2006).
[27] Sang Soo Yu, Tran Thi Lan Anh, Young Eon Ihm, Dojin Kim, Hyojin Kim, Soon Ku Hong, Sangjun Oh, Chang Soo Kim, Hwack Joo Lee, Byung Chill Woo, Current Applied Physics 6, 545 (2006).
[28] Lifeng Liu, Nuofu Chen, Yi Wang, Zhigang Yin, Fei Yang,
Chunlin Chai, Xing Zhang, Journal of Crystal Growth 291, 239 (2006).
[29] S. H. Song, S. H. Lim, J. Mag. Mag. Mat. 304, 64 (2006).
[30] I. T. Yoon, C. J. Park, T. W. Kang, J. Mag. Mag. Mat. 311, 693 (2007).
[31] H. W. Wu, C. J. Tsai, L. J. Chen, Appl. Phys. Lett. 90,
043121 (2007).
[32] Y. X. Chen, Shi-shen Yan, Y. Fang, Y. F. Tian, S. Q. Xiao, G. L. Liu, Y. H. Liu, and L. M. Mei, Appl. Phys. Lett. 90, 052508 (2007).
[33] Y. D. Park, A. Wilson, A. T. Hanbicki, J. E. Mattson, T. Ambrose, G. Spanos, and B. T. Jonker , Appl. Phys. Lett. 78, 2739 (2001).
[34] Sunglae Cho, Choi S, Hong SC, Kim Y, Ketterson JB, Kim BJ, Kim YC, Jung JH, Phys. Rev. B 66, 033303 (2002).
[35] U. Gottlieb, A. Sulpice, B. Lambert-Andron, O. Laborde,
Journal of Alloys and Compound 361, 13 (2003).
[36] C. Liu, F. Yun, H. Morkoc, Journal of Materials Science:
MATERIALS IN ELECTRONICS 16, 555 (2005).
[37] Semiconductor Material and Device Characterization,
Dieter K. Schroder, third edition, p7~p9.
[38] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/hall.html
[39] 吳泰伯, X光繞射原理與材料結構分析,1999.
[40] 林麗娟, 微結構分析技術之介紹. 工業材料雜誌, 2002. 181期
(73).
[41] 超導及新穎氧化物實驗室
(http://sunlab.phys.nthu.edu.tw/squid.html)
[42] 東南掃描探針奈米科技實驗室
(http://www.me.tnit.edu.tw/~me022/lab/top.htm)
[43] Transition Metal Impurities in Semiconductors,
K. A. Kikoin et al., p88~p94.
[44] Sang Soo Yu, Ki Hak Kim, Young Eon Ihm, Dojin Kim,
Hyojin Kim, Soon Ku Houng, Chang Soo Kim, Hyun Ryu,
Sangjun Oh, J. Mag. Mag. Mat. 304, 167 (2006).
[45] Hannes Raebiger, Andres Ayuela, J. von Boehm,
Phys. Rev. B. 74, 014465 (2005).
[46] Teemu Hynninen, Hannes Raebiger, J. von Boehm, Andres Ayuela, Appl. Phys. Lett. 88, 122501 (2006).
[47] S. G. Yang, T. Li, B. X. Gu, Y. W. Du, H. Y. Sung, S. T. Hung,
C.Y. Wong, A. B. Pakhomov, Appl. Phys. Lett. 83, 3746 (2003).
[48] Jung H. Park, Min G. Kim, Hyun M. Jang, Sangwoo Ryu,
Yaung M. King, Appl. Phys. Lett. 84, 1338 (2004).
[49] A. Serres, G. Benassayag, M. Respaud, C. Armand, J. C. Pesant,
A. Mari, Z. Liliental-Weber, A. Claverie, Mater. Sci. Eng.
B 101, 119 (2003).
[50] J. S. Custer, Michael O. Thompson, D. C. Jacobson, J. M. Poate,
S. Roorda, W. C. Sinke, F. Spaepen, Appl. Phys. Lett. 64,
437 (1994).
[51] D. B. Buchholz, R. P. H. Chang, J. H. Song, J. B. Ketterson,
Appl. Phys. Lett. 87, 082504 (2005).
[52] K. H. Baik, R. M. Frzier, G. T. Thaler, C. R. Abernathy,
S. J. Peaton, Appl. Phys. Lett. 83, 5458 (2003).
[53] H. J. Lee, C. H. Park, S. Y. Jeong, K. J. Yee, C. R. Cho, M.h. Jung, D. J. Chadi, Appl. Phys. Lett. 88, 062504 (2006).
[54] S. H. Liu, H. S. Hsu, C. R. Lue, J. C. A. Huang,
Appl. Phys. Lett.90, 222505 (2007).