半导体异质结的磁阻效应研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

碳作为一种独特的材料,在不同领域里显示出惊人的特性。它可以通过不同的方法制备成晶体、多晶和非晶同素异形体。碳与硅都是碳族元素,它们电子排布相似,有4个价电子,这将有利于碳与硅基器件的集成。碳的成本低廉,在地球中的储量巨大,这也为研究低成本半导体材料提供了一个新的研究方向,但是碳的两种常见形态不适合制成半导体:金刚石的禁带宽度高达5.47ev[18] ,室温下电阻率大约是1013Ω·cm,石墨则是良好的导体。因此利用碳制备半导体材料需要使用其他形态的碳。

无定形碳又称为过渡态碳,是碳的同素异形体中的一大类。无定形碳指那些石墨化晶化程度很低,近似非晶形态的碳。无定形碳是石墨层型结构的碎片(一般直径小于30nm)无规则地堆积在一起,可简称为乱层结构。层间或碎片之间用金刚石结构的sp3成键方式的碳原子键连起来。非晶碳硅异质结(a-c/si)以其丰富的光学、磁性和电学性能引起了人们的广泛关注。碳硅异质结大多是通过脉冲激光沉积(pld)或是磁控溅射在硅基片上制备一层非晶态碳薄膜来制备的,通过改变沉积方法和沉积条件可以控制微观结构和sp3键的体积分数,进而改变非晶态碳硅异质结的物理性质。高熙礼等人[14,15]利用磁控溅射制备了一些非晶态c-si异质结并对其电学性质进行了一些研究。xue等人[3]通过改变激光脉冲沉积的沉积温度,得到了一些电学特性完全不同的碳硅异质结,并发现了异质结的异常电输运特性。对异质结的碳薄膜进行掺杂处理后还可以表现出一些特殊性质。已有报道硼,氮或碘掺杂的a-c/ si异质结构中的光伏效应(pve),可以应用于太阳能电池[4-9]。陈惠娟等人[2]发现掺pd非晶态碳膜/硅异质结的电阻值比纯非晶碳薄膜下降了3个数量级,环境中的存在氢气会影响异质结的电阻,异质结对氢气的敏感度随着掺钯碳薄膜中pd含量的增加而上升。关于碳硅异质结的研究主要集中在太阳能电池,光电和气敏性等方面[2-9][11,12],也有一些研究电输运特性的[3][10],研究磁阻效应的文章相对较少。对磁阻的研究集中在掺有铁磁性元素的非晶体碳与硅的异质结中[1][13][16,17]。tian 等人[1]发现掺fe的非晶态碳硅异质结在室温下有正磁阻效应,但在低于260k的环境下,异质结表现出负磁阻效应。zhu等人[17]发现掺co的非晶态碳硅异质结在室温下的正磁阻效应比低温下的大22%,当blt;1t时,室温下的磁阻-温度响应与b2/3相关;当bgt;1t时,室温响应与b1/2相关。

本课题将采用磁控溅射法制备非晶态c-si异质结,研究制备条件对异质结结构的影响,并研究磁场和温度对异质结器件的电输运性能和磁阻效应的影响规律,最后对其物理机制进行分析。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

1、通过改变溅射时间,得到一系列不同膜厚的非晶态c-si异质结,对制备出的异质结进行膜厚的测量和结构表征,研究溅射时间对异质结结构的影响。

2、采用两线法,研究温度和磁场对所制备的一系列异质结器件电输运性能和磁阻效应的影响。

3 、调研相关文献,结合实验现象分析其物理机制。

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3. 研究计划与安排

第1—3周:阅读相关文献资料,明确研究内容,准备实验原材料以及熟悉样品制备和测试设备。完成文献综述与开题报告。

第4-6周:熟悉并掌握用电子束蒸发或磁控溅射制备薄膜的一种工艺方法,尝试制备一种半导体异质结原理器件样品。

第7—9周:熟悉低温霍尔测量系统,测量不同磁场下异质结样品的i-v特性。

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4. 参考文献(12篇以上)


[1] tian p, zhangx, xue q z. enhanced room-temperature positive magnetoresistance of a-c:fefilm[j]. carbon, 2007, 45(9):1764-1768.

[2] 陈惠娟. 纳米碳/硅异质结的制备及其气敏性研究[d]. 中国石油大学(华东), 2010.

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