半金属多晶FeO复合结构的磁性质和输运特性

摘要

提高自旋注入效率的途径之一是选用半金属磁性材料，它作为自旋注入源具有完全的自旋极化的导带。对于欧姆接触，这种完美的自旋注入源可以避开电导不匹配的问题，而在隧穿的情况下，对比传统过渡金属注入，它的高自旋极化率会导致在半导体内更大的自旋电子密度积累。Fe3O4由于具有电阻率随着温度的降低而增加，而且在Verwey处会出现两个数量级的跳变以及半金属特性等优点，成为近年来人们较为关注的自旋注入源之一。 本论文用对向靶直流反应溅射法在电极层上制备了多晶Fe3O4薄膜(p-Fe3O4/Ag)和Fe3O4/非晶Si/Cu电极复合薄膜(p-Fe3O4/a-Si/Cu)，对它们的微观结构、磁学和输运性质等进行了系统的研究。 p-Fe3O4/Ag复合薄膜中Fe3O4薄膜与Ag电极层为多晶态。室温下，加入了Ag层后，在50kOe的外磁场下磁化强度从250emu/cm3增加到387emu/cm3。通过研究多晶Fe3O4薄膜的纵向电输运性质，发现存在Verwey转变，这主要是由于多晶Fe3O4薄膜为柱状生长，在纵向输运中电子主要通过电阻率较低的柱内颗粒进行输运，从而反映了Fe3O4材料的本征特性。在70kOe的外磁场下，薄膜的纵向磁电阻较面内磁电阻值小，且磁电阻明显可以分成高场和低场两部分，低场下的纵向磁电阻来自电子在柱内颗粒间的遂穿过程，而高场磁电阻来自柱内颗粒的表面和界面磁矩在高场下的弱饱和趋势。 p-Fe3O4/a-Si/Cu复合薄膜中Fe3O4薄膜呈柱状生长，非晶Si则以非晶形态在多晶Fe3O4薄膜与Cu电极之间形成均匀半导体薄层。通过研究多晶Fe3O4/非晶Si复合薄膜的纵向电输运性质，发现在低温下电子的输运机制主要是通过界面肖特基势垒的电子发射/扩散，而在高温下电子的输运以隧穿机制为主。肖特基势垒高度φB为0.27eV。在外场为70kOe的磁场下，薄膜的纵向磁电阻不饱和，在118K达到最大值-5.8％，随温度的升高磁电阻降低。基于Ziese的能带模型，计算得到多晶Fe304薄膜在110K时的自旋极化率约为44.6％。

目录

文摘

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第一章前言

1.1 自旋电子学

1.1.1 半金属

1.1.2 Fe3O4半金属材料

1.2 自旋注入

1.2.1 Fe3O4/半导体复合结构

1.2.2热离子发射/扩散理论

1.2.3 Ziese的双电流模型

1.3本论文工作

第二章样品制备、结构表征与物件测量

2.1 Fe3O4薄膜和Fe3O4/a-Si复合结构的制备

2.1.1对向靶直流磁控溅射原理

2.1.2薄膜的沉积

2.2结构表征、磁性和输运特性测量

2.2.1 成份分析

2.2.2结构表征

2.2.3低温技术和输运特性测量

2.2.4磁性测量

第三章多晶Fe3O4/Ag复合结构的磁性和输运特性

3.1 p-Fe3O4/Ag复合结构

3.2 p-FeaO4/Ag复合结构的磁性

3.2多晶Fe3O4薄膜的纵向电输运特性

3.4本章小结

第四章 多晶Fe3O4/非晶Si/Cu复合结构的纵向输运特性

4.1 p-Fe3O4/a-Si/Cu复合结构的微观结构

4.2 p-Fe3O4/a-Si/Cu复合结构的磁性

4.2 p-Fe3O4/a-Si/Cu复合结构的输运特性

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文

致谢