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【6h】

非均匀铁磁性半导体薄膜/单晶硅异质结构的电输运特性

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摘要

第一章 绪论

1.1 GMR的原理及发展

1.1.1 GMR效应产生的基本结构

1.1.2 GMR效应的应用

1.2 材料的铁磁性

1.3 非均匀磁性掺杂半导体的电输运特性研究

1.3.1 Co掺杂的ZnO薄膜的巨磁电阻效应

1.3.2 Co/ZnO薄膜的结构和磁电阻效应

1.3.3 Zn1-xFexO1-V磁性半导体薄膜的电输运特性

1.3.4 Co掺杂ZnO的正磁电阻效应

1.3.5 过渡金属掺杂ZnO薄膜的巨磁电阻效应

1.3.6 非均匀半导体薄膜的巨磁电阻效应

1.4 本论文的主要工作

第二章 样品的制备、结构表征和物性测量

2.1 薄膜的制备

2.2 结构表征、磁性和输运特性测量

2.2.1 原子力显微镜(AFM)

2.2.2 X射线光电子能谱(XPS)

2.2.3 台阶仪

2.2.4 物理参数测量系统

2.2.5 透射电子显微镜(TEM)

第三章 非晶态Ni-CNx-Si异质结构的物性

3.1 非晶态Ni-CNx薄膜的微观结构和成份

3.2 Ni-CNx-Si异质结构的电输运特性

3.2.1 Ni-CNx-Si异质结构的I-V曲线

3.2.2 Ni-CNx-Si异质结构的磁电阻效应

3.3 本章小结

第四章 TiCoO/p-Si异质结构的物性

4.1 TiCoO/p-Si异质结构的表面形貌

4.2 TiCoO/p-Si异质结构的的磁性

4.3 TiCoO/p-Si异质结构的电输运特性

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

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摘要

铁磁性薄膜与半导体形成的异质结构因其对载流子的可控性较高,能优化自旋电子器件的功能而成为自旋电子学领域研究的热点之一。目前,研究人员已经实现了在铁磁性颗粒薄膜/半导体异质结构的自旋注入,然而较低的注射效率仍然不能满足实际应用。因此,研究铁磁性薄膜/半导体异质结构的电输运特性具有重要的理论意义和实际应用价值。
  本论文采用磁控溅射法制备了Ni-CNx/p-Si和TiCoO/p-Si异质结构,对它们的化学成分、微观结构、磁性质和电输运特性进行了详细的表征和分析。
  对Ni-CNx/p-Si异质结构的电输运特性的研究表明:Ni-CNx/p-Si异质结构在反向电流区域出现的正磁电阻(MR)是由于形成了自旋极化势垒,温度依赖的MR出现峰值,这进一步验证了该结论。电流正向区域出现的正磁电阻达到了~90%,这可能与低温下R-I曲线在0.01mA附近出现的峰有关系。
  通过对TiCoO/p-Si异质结构的磁性质和电输运特性的研究发现:(1)3K时,薄膜出现了明显的磁滞回线,矫顽力约为1.0kOe;305K时,薄膜的矫顽力为0。TiCoO/p-Si异质结构中TiCoO层具有半导体导电特性,并且在低于123K时,电导率与温度的关系满足方程:δ=δ0exp[-(T0/T)1/4],表明薄膜中的电输运机制为电子在定域态之间的可变程跃迁。(2)TiCoO/p-Si异质结的导电机制在温度305K为欧姆导电,在20K为空间电荷限制电流(SCLC)传导机制。TiCoO/p-Si异质结没有出现明显的电子累积现象,其MR随温度变化在正负电流区域均都出现了峰值。

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