金属-绝缘体颗粒膜的电输运特性研究

摘要

近年来，人们陆续发现磁性金属-绝缘体颗粒膜的霍尔效应的反常增大的现象，并将其称之为巨霍尔效应(GHE)。更令人惊讶的是张西祥、刘晖等人在Cu-SiO2非磁性金属-绝缘体中也发现了霍尔系数比金属铜增加了700倍的现象，这说明巨霍尔效应不是磁性金属-绝缘体颗粒膜的特有现象，巨霍尔效应可能与颗粒膜中独特的次级微结构有关。然而，颗粒膜是一种无序的复合材料，其微结构与薄膜成分、薄膜组成、制备温度、沉积速率等众多因素相关，且颗粒膜的微结构无法直接控制，导致颗粒膜中的巨霍尔效应再现性较差，缺乏足够的实验数据证明颗粒膜中巨霍尔效应的来源，造成巨霍尔效应的产生机制尚不清晰。
　　基于以上研究的不足，本论文采用磁控溅射设备制备了一系列Cu-ZnO、Mo-Al2O3、Co-ZnO金属-绝缘体颗粒薄膜。在传统的磁控溅射的基础上做了改进:通过提高溅射气压以及增大金属靶到基片的距离(20 cm)，获得了具有一定尺寸大小的金属颗粒分布于绝缘体介质中的金属-绝缘体颗粒膜。通过改变溅射功率控制金属-绝缘体颗粒膜的金属体积比，并研究了不同金属体积比的金属-绝缘体颗粒膜的电输运性质。
　　(1)在Cu-ZnO以及Mo-Al2O3体系中，都发现了霍尔系数显著增强的现象。采用三维弱局域理论拟合计算出电子退相干长度Lφ的值，并运用P.Sheng等人提出的局域量子干涉理论对其进行分析和解释。
　　(2)在室温下制备的Co薄膜样品受到弱局域的影响，致使纵向电阻率在高温下表现为金属性，低温下则表现为随温度增加而减小的非金属性;通过拟合发现，纵向电阻率和饱和反常霍尔电阻率符合ρAxy=A+ bρ2xx=的标度关系，其中A=-0.51293μΩ-1cm-1、b=3.23×10-6μΩ-1cm-1。
　　(3) Co-ZnO颗粒膜的电阻率同样表现出很好的逾渗系统的特征。在低温下具有较大的磁电阻，且饱和反常霍尔电阻率与磁电阻呈现负相关关系。当磁电阻较大时，饱和反常霍尔系数几乎为零，当饱和反常霍尔系数增大时，磁电阻相应的减小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 金属-绝缘体颗粒膜和巨霍尔效应

1．2．1 金属-绝缘体颗粒膜系统的微观结构

1．2．2 金属-绝缘体颗粒膜中的巨霍尔效应

1．3 理论背景

1．3．1 逾渗理论

1．3．2 局域量子干涉理论

1．3．3 颗粒膜系统的电输运理论

1．4 本论文的主要工作

参考文献

第二章 样品的制备和分析测试方法

2．1 颗粒膜的制备

2．1．1 磁控溅射的基本原理

2．1．2 实验过程以及实验参数

2．2 微观结构的表征以及电输运性质的测量

参考文献

第三章 Cu-ZnO的微观结构和电输运性质研究

3．1 实验方法

3．2 Cu-ZnO颗粒膜的结构表征

3．2．1 SEM分析和讨论

3．2．2 XRD分析和讨论

3．2．3 XPS分析和讨论

3．3 Cu-ZnO颗粒薄膜的电输运特性

3．3．1 电阻率和经典逾渗阈值的确定

3．3．2 磁电阻

3．3．3 霍尔效应的测量结果及分析

3．3．4 实验结果分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 Mo-Al2O3颗粒薄膜的电输运性质

4．1 实验方法

4．2 Mo-Al2O3样品的微结构与电输运性质分析

4．2．1 SEM分析与讨论

4．2．2 Mo-Al2O3的电阻率和磁电阻

4．2．3 霍尔电阻

4．3 本章小结

参考文献

第五章 Co与Co-ZnO的微观结构和电输运性质研究

5．1 Co膜的制备方法

5．2 Co的微观结构与电输运性质分析

5．2．1 SEM分析

5．2．2 XRD分析

5．2．3 电输运性质的分析和讨论

5．3 Co-ZnO薄膜实验分析

5．3．1 Co-ZnO的微观结构

5．3．2 Co-ZnO的电输运性质

5．4 本章小结

参考文献

第六章 总结

硕士期间发表论文

致谢