锗硅纳米线阵列的磁输运特性研究

摘要

利用分子束外延(MBE)方法在Si(001)朝向<110>偏8°的衬底上制备出面内GeSi纳米线阵列。在GeSi纳米线阵列样品表面蒸镀铝电极并退火，进而通过综合物性测量系统(PPMS)的四探针法研究了沿纳米线方向和垂直纳米线方向两个方向样品的磁阻性质。实验发现，在两个方向样品测量中均观察到磁阻的不对称现象，即样品的磁阻最小值出现在非零磁场下，并且最小磁阻所对应磁场的大小随着温度的升高而升高。
　　基于自旋轨道耦合作用(Spin-Orbit Coupling)和塞曼效应（Zeeman Effect）我们对上述实验现象进行了解释。我们认为外加磁场通过塞曼效应调节不同自旋方向载流子浓度，而由于自旋轨道耦合作用，在面内GeSi纳米线阵列体系中不同自旋方向的载流子迁移率不同，最终导致了磁阻的不对称性。通过与实验数据的拟合，我们发现这一理论与实验结果非常吻合，通过拟合我们得到了不同自旋方向的载流子的迁移率差别。其最大值可达约26％。我们发现不同自旋方向的载流子迁移率差别在50K-80K的范围内随温度的上升而增加，而在80K-300K范围则随温度的上升而呈现下降趋势。

目录

摘要

第一章 引言

§1．1 研究锗硅纳米线阵列结构的意义

§1．2 纳米线生长方法介绍

§1．2．1 纵向纳米线生长方法介绍

§1．2．2 横向纳米线生长方法介绍

§1．3 半导体纳米线输运性质研究现状

§1．4 本文的主要工作

第二章 有序纵向Si纳米线的制备与表征

§2．1 纵向Si纳米线制备与表征技术

§2．1．1 金属催化腐蚀技术

§2．1．2 纳米球自组装方法介绍

§2．1．3 扫描电子显微镜(SEM)

§2．2 实验过程介绍

§2．2．1 硅片清洗过程介绍

§2．2．2 金属催化腐蚀过程介绍

§2．3 金属催化腐蚀结果

§2．3．1 无序纳米线腐蚀结果

§2．3．2 有序纳米线腐蚀结果

第三章 横向GeSi纳米线阵列的制备与测试系统介绍

§3．1 横向GeSi纳米线阵列生长及表征

§3．1．1 横向GeSi纳米线阵列的生长方法

§3．1．2 横向GeSi纳米线阵列的表征

§3．2 输运性质测量样品制备

§3．2．1 光刻及等离子刻蚀

§3．2．2 接触电极制作

§3．3 PPMS及样品测试方法

第四章 横向GeSi纳米线阵列的输运特性研究

§4．1 霍尔效应(Hall Effect)测试

§4．2 横向GeSi纳米线输运特性

§4．2．1 Si衬底输运特性

§4．2．2 GeSi纳米线输运特性

§4．3 横向GeSi纳米线输运特性理论研究

§4．3．1 磁阻及自选轨道耦合

§4．3．2 输运理论模型

§4．3．3 不同自旋载流子迁移率差异分析

第五章 总结及展望

参考文献

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