氮化锰薄膜的分子束外延生长及磁性表征

摘要

本文研究了利用氮等离子体辅助的分子束外延设备制备的一系列氮化锰薄膜Mn3N2、Mn2N、Mn4N的磁性能。通过RHEED、XRD、XPS、SEM、AFM以及SQUID等手段对薄膜的结构和性能进行了测量和分析，结果发现，在晶格失配较大的情况下，两种不同晶格常数的Mn3N2出现伴生情况，来减少晶格失配。室温Mn3N2薄膜表现铁磁性，主要归因于复杂的晶界处Mn原子自旋分布不对称。相同条件下，通过改变锰源温度，研究了六方Mn2N和立方Mn4N薄膜的变化。锰源温度从900℃变化到1100℃，六方Mn2N薄膜中锰含量随之发生变化，先后得到Mn2N1.06、Mn2N0.98和Mn2N0.86。磁性测量中，室温下，只有Mn2N0.86薄膜表现了弱铁磁性，这主要是由于薄膜中存在应力，导致晶格被拉伸。锰源温度的改变对Mn4N薄膜的影响主要集中表现薄膜形貌的变化上。锰源温度为1000℃时，Mn4N薄膜为单晶薄膜，生长方向为<100>方向，且具有较好的平整性；当温度升高或是降低，薄膜中开始出现<111>结晶方向，锰源温度降低为900℃，薄膜中出现MnN0.86相。我们认为Mn4N结构中最容易从(111)面向Mn2N发生结构相变。文中还对Mn4N薄膜的磁性做了一定的讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2氮化锰材料特性及研究进展

1.3氮化锰材料的应用前景

1.4本文研究目的与内容

参考文献

第二章 样品制备技术与表征手段

2.1样品制备方法-分子束外延生长制备技术

2.2样品的测试和分析方法

2.3小结

参考文献

第三章 衬底对氮化锰薄膜结构的影响

3.1引言

3.2衬底对氮化锰薄膜生长的影响

3.3对氮化锰薄膜生长的讨论-掺Ti对氮化锰薄膜结构的影响

3.4小结

参考文献

第四章 两种结构伴生的Mn3N2薄膜的制备

4.1引言

4.2 Mn3N2薄膜的制备

4.3薄膜结构及磁性表征

4.4小结

参考文献

第五章 α-Al2O3(0001)衬底上ζ相氮化锰薄膜的生长及磁性表征

5.1引言

5.2六方Mn2N0.86薄膜的制备

5.3薄膜的择向生长和形貌特征

5.4薄膜的磁性表征

5.5小结

参考文献

第六章 锰源温度对MgO(100)上生长Mn4N薄膜的影响

6.1引言

6.2 Mn4N薄膜的制备

6.3薄膜的相结构和磁性表征

6.4小结

参考文献

第七章 总结与工作展望

致谢

在学期间完成论文情况