稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

稀磁半导体--自旋和电荷的桥梁

稀磁半导体可能同时利用载流子的自旋和电荷自由度构造将磁、电集于一体的半导体器件．尤其是铁磁半导体材料的出现带动了半导体自旋电子学的发展．室温铁磁半导体材料的制备，半导体材料中有效的自旋注入，以及自旋在半导体结构中输运和操作已成为目前半导体自旋电子学领域中的热门课题．稀磁半导体呈现出强烈的自旋相关的光学性质和输运性质，这些效应为人们制备半导体自旋电子学器件提供了物理基础．     

高质量稀磁半导体(Ga,Mn)Sb单晶薄膜分子束外延生长

理论预言窄禁带稀磁半导体(Ga,Mn)Sb及其异质结构可能存在量子反常霍尔效应等新奇特性, 近年来受到了特别关注. 但是, 由于(Ga,Mn)Sb薄膜生长窗口窄, 纯相(Ga,Mn)Sb薄膜制备比较困难, 迄今关于这类材料的研究报道为数不多. 本文采用低温分子束外延的方法, 通过优化生长条件, 成功制备出厚度为10 nm, Mn含量在0.016至0.039之间的多组(Ga,Mn)Sb薄膜样品. 生长过程中反射式高能电子衍射原位监测和磁性测量都表明没有MnSb等杂相的偏析, 同时原子力显微镜图像表明其表面形貌平滑, 粗糙度小. 通过生长后退火处理, (Ga,Mn)Sb薄膜的最高居里温度达到30 K. 此外, 本文研究了霍尔电阻和薄膜电阻随磁场的变化关系, 在低温下观测到明显的反常霍尔效应.     

溶胶-凝胶法制备ZnO纳米薄膜的工艺和应用

ZnO是一种重要的功能材料和新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体材料.采用溶胶-凝胶(Sol-gel)工艺在Si(100)、Si(111)和c面蓝宝石衬底上成功制备出高质量的ZnO纳米薄膜,并用XRD、SEM、AFM等方法研究了薄膜的特性.首次以制备的ZnO纳米薄膜为缓冲层,在n型Si(100)衬底上采用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺外延生长了SiC薄膜,得到了低载流子浓度、高电子迁移率和高空穴迁移率的两种SiC薄膜样品,分析了该薄膜的性能.     

自旋电子学简介及其研究进展

自旋电子学主要研究电子自旋在固体物理中的作用,是一门结合磁学与微电子学的交叉学科,其研究对象包括电子的自旋极化、自旋相关散射、自旋弛豫以及与此相关的性质及其应用等.基于电子自旋的自旋电子器件能够大大提高信息处理速度和存储密度,而且具有非易失性、低能耗等优点.简单介绍了自旋电子学的概念及其研究内容,综述了自旋电子学目前的研究及应用进展.     

稀释磁性半导体

稀释磁性半导体是指Ⅱ－Ⅵ族、Ⅳ－Ⅵ族、Ⅱ－Ⅴ族或Ⅲ－Ⅴ族化合物中，由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的新的一类半导体材料。这类材料的突出特点是磁性离子磁矩和能带电子自旋之间存在交换相互作用。由此引起材料性质发生一系列重要变化。本文系统介绍这类材料的各种物理性质，包括能带结构，ｓｐ－ｄ和ｄ－ｄ交换作用，磁性质和自旋玻璃特性，光学和磁学性质，输运特性等。最后简单介绍这类材料     

Ho3+掺杂对ZnO薄膜的微观结构和磁性的影响

研究Ho³⁺掺杂对氧化锌半导体材料的微结构和磁学性质影响. 利用热蒸发技术制备了一系列沉积在Si(100)衬底的Zn_1-xHo_xO(x=0.0、0.04、0.05）薄膜. X射线光谱、表面形貌以及磁性的实验结果表明,Ho³⁺掺杂对ZnO薄膜材料的性能影响很大. X射线衍射图显示峰位出现高角度转变并且趋向于(101)取向,在ZnO晶格显示Ho³⁺置换. 扫描电子显微镜和能谱仪对薄膜的表面形貌以及化学     

一种新型有机聚合物深红色发光材料的合成及发光特性的研究

合成了一种深红色发光的聚苯乙烯喹啉(PPV-Q)材料,研究了其光致发光,电致发光及吸收光谱。这种材料在紫外和蓝光区具有很强的吸收能力,波长为463 nm的光对此材料具有最高的激发能力。用此材料作为发光层制备了ITO/PPV-Q/Al结构的电致发光器件,发光光谱的中心波长为670 nm,发光光谱的半高全宽为90 nm左右。在不同驱动电压下,器件电致发光的色坐标(x=0.67, y=0.32)基本上没有变化, 是一种深红色的电致发光。器件中的电流随驱动电压的增加而明显增强,导致器件稳定性的降低。     

中国科学技术大学高温超导物理研究新进展

在中国科学技术大学(以下简称中国科大)建校50周年之际,文章作者对近年来中国科大在高温超导物理方面的最新研究进展情况作一介绍,包括新型高温超导材料探索研究和高温超导机理实验研究.在新型高温超导材料探索研究方面,文章作者首次发现了除高温超导铜基化合物以外第一个超导温度突破麦克米兰极限(39 K)的非铜基超导体--铁基砷化物SmO1-xFxFeAs,该类材料的最高超导转变温度可达到55K;中国科大还成功地制备出大量高质量的超导化合物单晶,包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高温超导机理实验研究方面,中国科大系统地研究了SmO1-xFxFeAs体系的电输运性质给出了该体系的电子相图;发现了在电子型高温超导体中存在反常的热滞现象和电荷-自旋强烈耦合作用;在NaxCoO2体系中也开展了系列的工作,并且首次明确了电荷有序态中小自旋的磁结构问题;此外,还系统地研究了CuxTiSe2体系中电荷密度波与超导的相互关系.     

(Ga,Mn)As中电流诱导自旋极化的磁光Kerr测量

在GaAs吸收带边附近, 利用磁光Kerr效应测量了(Ga,Mn)As和p-GaAs样品的电流诱导Kerr旋转谱和反射谱, 两者都呈现出Lorentz曲线形状. 电流诱导Kerr旋转角和反射率随着电流的增大而增大, Kerr角与电流的大小成正比关系, 反射率与电流的平方成正比关系. (Ga,Mn)As的Kerr旋转角比p-GaAs的大了一个数量级, 这说明Mn原子的掺杂使得电流诱导的自旋极化增强. 另外, 还测量了温度和入射光偏振方向对电流诱导Kerr旋转谱和反射谱的影响. 发现随着温度的升高, Kerr谱和反射谱均向长波方向移动, 这与GaAs带边随温度的变化是一致的.     

一类电子俘获型红外可激发材料的制备和光学性质

采用硫化助熔剂法(SFM)合成了具有红外上转换及光存储特性的稀土激活光子学材料CaS:Eu,Sm和CaS:Ce,Sm.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试了合成材料的物相结构和微观形貌,结果表明,合成材料具有单一相,相纯度在98.5%以上;采用CaCO₃制备的合成材料晶化程度更好,生成的晶粒更大.利用荧光光谱仪和分光光度计测量了合成材料的光学性质,结果表明,这类电子俘获材料在紫外线或短波长可见光有效激发下,能通过电子俘获实现光存储,并对近红外光有上转换作用.通过对合成材料及有关稀土元素原子结构分析,提出了两种新的稀土激活剂.     

(InAs)1/(GaSb)1超晶格纳米线第一原理研究

半导体纳米线作为纳米器件的作用区和连接部分具有理想的形状, 把电子运动和原子周期性限制在一维结构当中.通过体材料的已知特性, 有效地选择材料组分使纳米线的低维结构优点更加突出.此外, 还可以通过其他方式来调整纳米线特性, 如控制纳米线直径、晶体学生长方向、结构相、表面晶体学晶面和饱和 度等内部或固有的特性;施加电场、磁场、热场和力场等外部影响. 体材料InAs和GaSb的晶格常数非常相近, 因此InAs/GaSb异质结构晶格失配很小, 可生长成为优良的红外光电子材料.另外, 体材料InAs在二元III---V化合物半导体中具有最低的有效质量, 这使得电子限制在InAs层的InAs/GaSb超晶格具有良好的输运特性. 本文通过第一原理计算研究轴线沿[001]和[111]闪锌矿晶体学方向的 (InAs)₁/(GaSb)₁超晶格纳米线(下标表示分子或双原子单层的数量) 的结构、电子和力学特性, 以及它们随纳米线直径(线径约为0.5---2.0 nm)的变化规律.另外, 分析了外部施加的应力对电子特性的影响, 考察了不同线径(InAs)₁/(GaSb)₁超晶格纳米线的电子带边能级随轴向应变的变化, 从而确定超晶格电子能带的带边变形势.     

二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究

二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族,而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一.二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象,以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台.本文从二维材料的转移技术着手,介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用.首先,依据湿法转移和干法转移的分类,详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术,内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁.随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用,重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构,并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用.因此,二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果.     

半导体低维体系简介（续）

3　低维体系的生长制备和分析3 .1　生长制备传统的电子材料和器件加工中使用以下几种工艺来形成细小尺寸的图形 .1 )光刻和电子束刻蚀 :最小刻蚀尺度受衍射限制 ,对可见光 ,最小刻蚀尺度～ 0 .1 5μm,使用软 X射线可降至 0 .0 1μm,高能电子束刻蚀可达 0 .0 2 μm,若使用无机抗蚀剂还可降到1 nm,可用来形成量子线和量子点 .2 )腐蚀 :包括化学腐蚀和等离子体腐蚀 .化学腐蚀必然留下一些残留物 ;等离子体工艺过程中的 H原子可能进入材料 ,在 50 nm或更深的深度内改变掺杂浓度的深度分布 .3 )离子注入 :虽然使用适当厚度的掩膜可获得注入区和…     

二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究

二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族,而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一.二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象,以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台.本文从二维材料的转移技术着手,介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用.首先,依据湿法转移和干法转移的分类,详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术,内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁.随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用,重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构,并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用.因此,二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果.     

Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备和磁性研究

采用共沉淀方法制备了名义组分为Zn_1-xMn_xO(x=0.001,0.005,0.007,0.01)的Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料,并研究了在大气气氛下经过不同温度退火后样品的结构和磁性的变化.结果表明：样品在600℃的大气条件下退火后, 仍为单一的六方纤锌矿结构的ZnO颗粒材料;当样品经过800℃退火后,Mn掺杂量为0.007,0.01的样品中除了ZnO纤锌矿结构外还观察到ZnMnO₃第二相的存在.磁性测量表明,大气条件下600℃退火后的样品,呈现出室温铁磁性;而800℃退火后的样品,其室温铁磁性显著减弱,并表现为明显的顺磁性.结合对样品的光致发光谱的分析,认为合成样品的室温铁磁性是由于Mn离子对ZnO中的Zn离子的替代形成的. 关键词： ZnO 掺杂 稀磁半导体 铁磁性     

在Al2O3衬底上GaN的APMOCVD生长

含氮Ⅱ一Ⅴ族化合物(包括GaN、AIN、InN和GaAIN)是直接带隙半导体材料,它们的禁带宽度可以从1.9eV到6.2eV,是目前最重要的蓝光半导体材料,不仅适合制作从可见光到紫外波段的光电器件,例如蓝光发光二极管、激光器和光电探侧器,而且可用于制作耐高温、大功率的电子器件.特别是利用APMOCVD技术在蓝宝石衬底上制备GaIV单晶膜取得突破性进展,并且制作了高亮度发光二极管后[1],Ⅱ-Ⅴ族含氮化合物半导体材料受到广泛重视.     

CdS半导体纳米晶体高强度激发下光谱特性研究

CdS半导体微晶作为代表性介观材料(mesoscopic material)其光学吸收和发光与量子尺寸效应的关系已经得到广泛研究[1-4],发现随着CdS微晶尺寸减小,CdS本征吸收和发射带呈现显著蓝移.Rossetti等人[3]和Y.Wang等人[4]分别通过对溶胶、沸石、聚合物和玻璃中CdS纳米晶体的光致发光测量研究了发光来源以及发光与尺寸的关系,确定了两个宽带发光分别属于带隙发光(350-500nm)和表面态或缺陷发光(500-700nm).本文首次报道了利用溶胶凝胶方法制备的钠硼硅中纳米尺寸CdS晶体高激发功率条件下的发光光谱测量结果,观察到随激发功率增加发光光谱兰移和线宽明显宽化,讨论了其物理机制.     

Curie温度附近稀磁半导体(Ga,Mn)As的电学噪声谱性质

建立了自发噪声谱测量系统来研究稀磁半导体（Ga,Mn）As的电学噪声性质.通过测量（Ga,Mn）As材料的自发噪声谱,发现（Ga,Mn）As的自发涨落会随温度升高而逐渐增大,同时,外加磁场会降低（Ga,Mn）As的自发涨落,这来源于外加磁场导致的（Ga,Mn）As磁畴部分有序化.此外,不同频率的噪声随温度的变化规律有很大差异：当频率低于30 kHz的时候,噪声谱和温度的变化关系和热噪声很相似,但数值上明显大于热噪声的值;当频率在30 kHz左右的时候,噪声大小和温度成线性关系;当频率大于30 kHz以后,在相变点附近噪声大小和温度的关系出现了明显的转折,高频高温噪声的大小和热噪声的理论值非常接近.这些结果有助于深入理解（Ga,Mn）As磁性起源的物理机制. 关键词： 自旋电子学 稀磁半导体 自发涨落谱