(LUẬN văn THẠC sĩ) khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ chế tạo của tính chất từ vật liệu bán dẫn từ indium iron antimonide

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Bình An KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHẾ TẠO CỦA TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN TỪ INDIUM IRON ANTIMONIDE (In,Fe)Sb KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2020 download by : skknchat@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Bình An KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHẾ TẠO CỦA TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN TỪ INDIUM IRON ANTIMONIDE (In,Fe)Sb Ngành Sư phạm Vật lý Mã số sinh viên: 42.01.102.001 Giảng viên hướng dẫn Giảng viên phản biện TS NGUYỄN THANH TÚ TS CAO ANH TUẤN TP Hồ Chí Minh, năm 2020 download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN TỪ 1.1 Điện tử học spin (spintronics) 1.2 Vật liệu bán dẫn từ (ferromagnetic semiconductors - FMSs) 12 1.2.1 Giới thiệu vật liệu bán dẫn từ 12 1.2.2 Vật liệu bán dẫn từ pha tạp Mn hạn chế 14 1.2.3 Vật liệu bán dẫn từ pha tạp sắt 17 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MÀNG MỎNG (In,Fe)Sb 23 2.1 Phương pháp Epitaxy chùm phân tử (molecular beam epitaxy - MBE) 23 2.2 Phương pháp kiểm tra chất lượng bề mặt màng mỏng 25 2.3 Quang phổ lưỡng sắc tròn (magnetic circular dichroism spectra - MCD) 28 2.4 Xác định nhiệt độ Curie phương pháp vẽ Arrott plot 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32 3.1 Các thông số mẫu nghiên cứu: 32 3.2 Khảo sát hình thái bề mặt cấu trúc tinh thể màng mỏng (In,Fe)Sb 34 3.3 Khảo sát tính chất quang-từ (magneto-optical) màng mỏng (In,Fe)Sb 36 CHƯƠNG KẾT LUẬN 46 4.1 Kết luận 46 4.2 Hướng phát triển đề tài 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT (Theo thứ tự bảng chữ cái) Chữ viết tắt Nội dung FMS Ferromagnetic semiconductor – Bán dẫn từ MBE Molecular-beam epitaxy: Epitaxy chùm phân tử MCD Magnetic circular dichroism - Lưỡng sắc trịn từ tính RHEED Reflection high-energy electron diffraction - Nhiễu xạ electron phản xạ lượng cao GMR Giant magnetoresistance effect - Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ TMR Tunnel magnetoresistance effect - Hiệu ứng từ điện trở chui hầm download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH Số thứ tự Tên bảng Trang Thông số mẫu bán dẫn từ (In,Fe)Sb đề tài Các mẫu Bảng 3.1 (In1-x,Fex)Sb từ A0 đến A4 với nhiệt độ đế từ 2100C đến 33 2700C, mẫu A0 mẫu InSb đối chiếu Số thứ tự Tên hình Trang Định luật Moore cho thấy dự đốn tốc độ tăng số lượng Hình 1.1 transistor đơn vị diện tích theo thời gian (Nguồn Intel.com) Hình 1.2 Hình 1.3 Minh họa lĩnh vực spintronic ứng dụng tính chất điện từ electron (a) Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (b) Hiệu ứng từ điện trở chui hầm 10 Cách ghi dữ liệu loại MRAM (a) MRAM đảo từ Hình 1.4 trường (b) MRAM đảo dịng phân cực spin (Nguồn: 12 Wikipedia.com) Hình 1.5 Minh họa tạo thành vật liệu bán dẫn từ 13 Sự phụ thuộc độ từ hóa M theo từ trường màng mỏng Hình 1.6 (Ga,Mn)As có nồng độ 3.5%Mn 5K Hình bên biễu 15 diễn độ từ dư theo nhiệt độ mẫu Hình 1.7 Hình 1.8 Quang phổ MCD màng mỏng (Ga,Mn)As với nồng độ pha tạp 0.5% 7.4%Mn Điều khiển tính chất từ dịng điện (In,Mn)As Trong RHall điện trở Hall phụ thuộc vào độ từ hóa M download by : skknchat@gmail.com 15 16 Nhiệt độ Curie cao báo cáo số Hình 1.9 vật liệu bán dẫn từ nhóm III-V pha tạp Mn gồm (Ga,Mn)As, 17 (In,Mn)As, (Ga,Mn)Sb, (In,Mn)Sb Ảnh chụp cấu trúc tinh thể kính hiển vi điện tử truyền Hình 1.10 qua (STEM) mẫu bán dẫn từ pha tạp sắt (In,Fe)As, (Ga,Fe)Sb (In,Fe)Sb chế tạo phương pháp 19 epitaxy chùm phân tử Quang phổ MCD (a) màng mỏng (Ga,Fe)Sb với nồng Hình 1.11 độ pha tạp Fe từ 3.9 - 25% (b) (In,Fe)Sb với nồng độ pha 20 tạp Fe từ - 16% Nhiệt độ Curie cao báo cáo số Hình 1.12 vật liệu bán dẫn từ nhóm III-V pha tạp Fe gồm (Ga,Fe)As, 21 (In,Fe)As, (Ga,Fe)Sb, (In,Fe)Sb Điều khiển tính chất từ màng mỏng (In,Fe)Sb điện Hình 1.13 trường Trong RHall điện trở Hall phụ thuộc vào độ từ hóa M Khi đặt vào cổng điện áp dương (+5V) RHall tăng lên 22 cho thấy độ từ hóa M hay từ tính màng (In,Fe)Sb tăng lên Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Sơ đồ minh họa hệ thống epitaxy chùm phân tử Mô tả tăng trưởng chùm phân tử phương pháp MBE Ảnh chụp buồng tăng trưởng EpiQuest III-V MBE đại học Tokyo Sơ đồ bố trí thiết bị để thu phổ RHEED 23 24 25 25 Ảnh RHEED thu trình chế tạo màng mỏng Hình 2.5 bán dẫn TiO2 đế LaAlO3 phương pháp MBE Bên trái ảnh RHEED, bên phải ảnh minh họa hình thái bề download by : skknchat@gmail.com 26 mặt tương ứng (a) Ảnh RHEED đế LaAlO3 trước phủ TiO2 có dạng phẳng (b) – (d) Ảnh RHEED lớp TiO2 ứng với bề dày 4, 30, 40nm Ảnh RHEED chụp theo phương [110] màng mỏng (a) Hình 2.6 GaAs chế tạo nhiệt độ 250oC, (b) (Ga,Mn)As 250oC, (c) 27 (Ga,Mn)As 170oC, (d) (Ga,Mn)As 320oC Hình 2.7a Sơ đồ minh họa cách bố trí thu phổ MCD màng mỏng bán dẫn từ Hình 2.7b Ảnh chụp máy đo phổ MCD trường đại học Tokyo 28 28 (a) Quang phổ MCD (In,Fe)As cho thấy có tăng cường Hình 2.8 độ mạnh mẽ peak quan trọng InAs (b) Phổ MCD lớp Fe dày 44nm thể peak rộng, khác biệt 30 hồn tồn so với (In,Fe)As Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình vẽ cấu trúc mẫu bán dẫn từ (In,Fe)Sb đế GaAs (a) – (d) Hình ảnh RHEED lớp đệm AlSb mẫu theo thứ tự tương ứng A1 – A4 Hình ảnh RHEED lớp (In,Fe)Sb mẫu theo thứ tự 32 34 35 Phổ MCD mẫu (In,Fe)Sb (A0-A4) chế tạo nhiệt Hình 3.4 độ khác (210oC, 230oC, 250oC, 270oC) Phổ MCD 37 đo nhiệt độ 5K đặt từ trường 1T Hình 3.5 (a) – (d) Phổ MCD tương ứng mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) đo 5K từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T 39 (a) – (d) Phổ MCD tương ứng mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) Hình 3.6 đo 5K từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T sau chuẩn hóa download by : skknchat@gmail.com 40 Đồ thị thể phụ thuộc cường độ MCD theo từ Hình 3.7 trường mẫu A1, A2, A3, A4, theo thứ tự đo 42 nhiệt độ khác từ 5K đến 300K Đồ thị Arrott plot mẫu (In,Fe)Sb từ A1 – A4 chế tạo Hình 3.8 nhiệt độ khác 210oC, 230oC, 250oC, 44 270oC Hình 3.9 Đồ thị biễu diễn mối liên hệ giữa nhiệt độ Curie TC theo nhiệt độ chế tạo mẫu Tđế download by : skknchat@gmail.com 45 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Những năm gần vật liệu “bán dẫn từ” (ferromagnetic semiconductor FMS) thu hút quan tâm nghiên cứu sở hữu hai tính chất quan trọng tính bán dẫn từ tính Sự kết hợp hai tính chất giúp cho nhà khoa học tạo những thiết bị điện tử spin-transistor, máy tính lượng tử…với nhiều chức hơn, nhanh hơn, tiêu thụ điện so với thiết bị điện tử nay.1,2 Để đưa vào sử dụng thực tế, nhiệt độ Curie TC (nhiệt độ chuyển pha giữa thuận từ sắt từ) vật liệu bán dẫn từ phải lớn nhiệt độ phòng (khoảng 300 Kelvin (K)) Tuy nhiên, tất vật liệu bán dẫn từ phát cho đến có nhiệt độ Curie thấp Chẳng hạn, chất bán dẫn từ nghiên cứu nhiều Galium Manganese Asenide ((Ga,Mn)As) có nhiệt độ Curie cao 200K (-730C),3 điều gây khó khăn cho việc đưa vào ứng dụng thiết bị điện tử Gần đây, nhóm hợp tác nghiên cứu giữa trường Đại học Tokyo (Nhật Bản) trường đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh chế tạo thành công chất bán dẫn từ Indium Iron Antimonide (In,Fe)Sb có nhiệt độ Curie cao đến 385K (tức 1120C) phương pháp epitaxy chùm phân tử.4, Đây xem vật liệu bán dẫn từ có nhiệt độ Curie cao báo cáo cho đến nay, chúng có nhiều tiềm để ứng dụng lĩnh vực điện tử Tuy nhiên việc tối ưu hóa điều kiện chế tạo vật liệu (In,Fe)Sb nhiệt độ chế tạo, bề dày màng mỏng,… chưa nghiên cứu thực Vì với mong muốn tìm hiểu nghiên cứu sâu vật liệu (In,Fe)Sb tìm điều kiện để cải thiện tính chất từ màng mỏng (In,Fe)Sb, tơi mong muốn thực đề tài “Khảo sát phụ thuộc vào nhiệt độ chế tạo tính chất từ vật liệu bán dẫn từ Indium Iron Antimonide (In,Fe)Sb” Mục đích nghiên cứu Khảo sát thay đổi tính chất từ màng mỏng bán dẫn từ (In,Fe)Sb theo nhiệt độ chế tạo từ tìm nhiệt độ tốt để chế tạo màng mỏng (In,Fe)Sb download by : skknchat@gmail.com Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu vật liệu bán dẫn từ (In,Fe)Sb - Tìm hiểu phương pháp chế tạo màng mỏng (phương pháp epitaxy chùm phân tử) phương pháp phân tích tính chất màng mỏng - Tiến hành xử lý số liệu đo đạc thực nghiệm nhóm nghiên cứu trường đại học Tokyo phân tích kết từ số liệu thu - So sánh, đánh giá kết đưa kết luận nhiệt độ tối ưu để chế tạo màng Những đóng góp đề tài Thơng qua trình xử lý đánh giá số liệu đo đạc thực nghiệm, đề tài đưa nhiệt độ tối ưu tốt để chế tạo vật liệu bán dẫn từ (In,Fe)Sb phương pháp epitaxy chùm phân tử, kết nghiên cứu cho biết quy luật ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo lên tính chất màng mỏng (In,Fe)Sb, từ chọn nhiệt độ chế tạo thích hợp cho mục đích sử dụng khác download by : skknchat@gmail.com đế dễ dàng hơn, dẫn đến màng tạo thành có bề mặt đồng phẳng chất lượng tinh thể tốt Còn hai mẫu A1 A2 tạo nhiệt độ thấp 210 – 230oC nên chưa đủ lượng cần thiết để tạo màng có bề mặt đồng chất lượng tinh thể tốt Sự khác biệt chất lượng cấu trúc tinh thể thay đổi nhiệt độ đế ảnh hưởng thế đến tính chất từ mẫu (In,Fe)Sb khảo sát mục sau Tuy nhiên điều cần nhấn mạnh ảnh RHEED lớp (In,Fe)Sb mẫu A1 - A4 cho thấy đường thẳng vị trí giống với ảnh RHEED mẫu đối chiếu InSb không pha tạp (mẫu A0 – xem hình 3.3 a), đồng thời khơng có dạng cấu trúc tinh thể khác lạ quan sát thấy (hay khơng có phase thứ hai nào) Điều chứng tỏ lớp (In,Fe)Sb chế tạo thành công phương pháp epitaxy chùm phân tử, màng bán dẫn từ (In,Fe)Sb trì cấu trúc tinh thể loại zincblende bán dẫn gốc InSb, nguyên tử Fe thay thế tốt vào vị trí In mạng tinh thể mà không tạo cụm nano kim loại (nanocluster) (a) InSb – 2500C (d) (b) A1 – 2100C A3 – 2500C (e) (c) A2 – 2300C A4 – 2700C Hình 3.3 (a) – (e) Hình ảnh RHEED lớp (In,Fe)Sb mẫu A0 – A4 theo thứ tự 35 download by : skknchat@gmail.com 3.3 Khảo sát tính chất quang-từ (magneto-optical) màng mỏng (In,Fe)Sb Tiếp theo để để nghiên cứu tính chất từ mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) chế tạo nhiệt độ đế khác (210oC, 230oC, 250oC, 270oC) phương pháp đo quang phổ MCD sử dụng Hình 3.4 cho thấy phổ MCD mẫu A1-A4 Ngồi phổ MCD mẫu đối chiếu InSb khơng pha tạp A0 (đường màu đen) vẽ nhằm mục đích so sánh Lưu ý cường độ phổ MCD mẫu A0 nhỏ (vì mẫu bán dẫn khơng có từ tính) nên để tiện cho việc so sánh nhìn rõ hình dạng cường độ MCD mẫu nhân lên 15 lần (15) vẽ đồ thị với phổ MCD mẫu A1-A4 Từ hình 3.4 thấy phổ MCD mẫu (In,Fe)Sb A1-A4 có đỉnh phổ (peak) vùng lượng photon khoảng 2eV giống với phổ MCD với mẫu InSb không pha tạp A0, đỉnh phổ đặc trưng ứng với mức lượng chuyển tiếp E1 bán dẫn InSb.28 Điều chứng tỏ mẫu (In,Fe)Sb giữ nguyên cấu trúc vùng lượng (band structure) bán dẫn gốc InSb, đồng thời cường độ đỉnh phổ MCD mạnh lên nhiều chứng tỏ độ từ hóa M InSb tăng lên pha tạp Fe (vì độ từ hóa M tỉ lệ thuận với cường độ MCD) hay nói cách khác từ tính InSb mạnh lên pha tạp Fe Cũng cần nhấn mạnh phổ mẫu (In,Fe)Sb phổ rộng thể đỉnh phổ phù hợp với cấu trúc vùng lượng bán dẫn InSb, điều chứng tỏ cấu trúc mẫu không tồn cụm nano liên quan đến hợp chất sắt (Fe-related nanocluster) Vì vậy, phổ MCD cho thấy mẫu (In,Fe)Sb chế tạo thành cơng, từ tính mẫu xuất phát từ vật liệu bán dẫn từ (In,Fe)Sb từ tạp chất khác cụm nano hợp chất liên quan đến Fe 36 download by : skknchat@gmail.com E1 E1 E1 E1 E1 Hình 3.4 Phổ MCD mẫu (In,Fe)Sb (A0-A4) chế tạo nhiệt độ khác (210oC, 230oC, 250oC, 270oC), đo nhiệt độ 5K đặt từ trường 1T 37 download by : skknchat@gmail.com Tiếp theo để khảo sát kĩ quang phổ MCD mẫu (In,Fe)Sb A1-A4, quang phổ MCD mẫu đo từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T (xem hình 3.5) Hình 3.5 cho thấy phổ MCD mẫu đo từ trường H = 0.2T, 0.5T 1T, tăng từ trường từ 0.2T đến 0.5T cường độ MCD tăng dần, sau bão hịa từ trường 0.5T đến 1T, kết hồn tồn phù hợp với tính chất vật liệu sắt từ Khi từ trường tăng lên độ từ hóa tăng lên sau đạt đến trạng thái bão hòa Điều cần lưu ý hình dạng phổ MCD đo từ trường khác giống Để dễ so sánh hình dạng phổ, phổ MCD mẫu đo từ trường khác chuẩn hóa (normalized) cường độ Các phổ MCD chuẩn hóa cách lấy cường độ MCD tồn phổ chia cho cường độ MCD đỉnh phổ E1 = 2eV, nơi có cường độ mạnh nhất, để có giá trị chuẩn hóa Hình 3.6 cho thấy phổ MCD mẫu đo từ trường khác sau chuẩn hóa, phổ MCD gần chồng khớp với cho thấy chúng có hình dạng, điều đồng nghĩa với việc bên mẫu có chứa pha sắt từ (In,Fe)Sb mà không trộn lẫn pha sắt từ tạp chất khác Vì nếu có hai ba pha sắt từ bên mẫu pha có độ từ hóa M khác phụ thuộc theo cách khác vào từ trường Tuy nhiên điều không quan sát thấy phổ MCD đo từ trường khác Vì kết luận mẫu bán dẫn từ (In,Fe)Sb chế tạo thành cơng, bên mẫu có pha sắt từ (single-phase) vật liệu bán dẫn từ (In,Fe)Sb 38 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.5 (a) – (d) Phổ MCD tương ứng mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) đo 5K từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T 39 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.6 (a) – (d) Phổ MCD tương ứng mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) đo 5K từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T sau chuẩn hóa 40 download by : skknchat@gmail.com 3.3 Sự phụ thuộc nhiệt độ Curie màng mỏng (In,Fe)Sb theo nhiệt độ chế tạo Hình 3.7 thể phụ thuộc cường độ MCD theo từ trường H (đồ thị MCD – H) mẫu A1, A2, A3, A4 đo nhiệt độ khác từ 5K đến 300K Ở cường độ MCD đo lượng photon 2eV (tương ứng với đỉnh phổ E1 quang phổ MCD), từ trường thay đổi từ -1T đến 1T Trên hình 3.7, thấy đồ thị MCD – H tất mẫu nhiệt độ thấp 5K có đồ thị dạng đường cong kín có từ dư (remanent magnetization) từ trường loại bỏ (H = 0) Điều cho thấy diện trật tự sắt từ có mẫu nhiệt độ thấp, đồ thị thể đường cong từ trễ bán dẫn từ (In,Fe)Sb mẫu Khi tăng dần nhiệt độ từ dư giảm dần, đồng thời đường cong từ trễ thẳng tún tính hồn tồn nhiệt độ 300K, cho thấy mẫu trạng thái thuận từ 300K Điều cho thấy mẫu có bán dẫn từ (In,Fe)Sb khơng có chứa tạp chất khác cụm nano sắt hợp chất Fe, hợp chất thường có nhiệt độ Curie cao từ tính mạnh chúng thường thể từ tính (cụ thể đường cong từ hóa) kể nhiệt độ 300K 41 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.7 Đồ thị thể phụ thuộc cường độ MCD theo từ trường mẫu A1, A2, A3, A4, theo thứ tự đo nhiệt độ khác từ 5K đến 300K 42 download by : skknchat@gmail.com Để xác định nhiệt độ Curie mẫu (In,Fe)Sb, phương pháp vẽ đồ thị Arrott plot sử dụng đề tài Hình 3.8 thể Arrott plot tương ứng đồ thị MCD-H hình 3.7 Những đường thẳng vẽ tiếp tuyến với phần bão hòa đồ thị MCD2 – H/MCD (những đường nét đứt) Nhiệt độ đường tiếp tuyến qua gốc tọa độ nhiệt độ Curie Nhiệt độ Curie mẫu (In,Fe)Sb A1- A4 tính từ cách vẽ Arrott plot liệt kê bảng vẽ theo hàm nhiệt độ chế tạo Tđế hình 3.9 Trên hình 3.9, kết Arrott plot cho thấy mẫu A1 (Tđế = 210oC) A2 (Tđế = 230oC) có nhiệt độ Curie tương đối thấp 50K 80K Kết phù hợp với kết ảnh nhiễu xạ RHEED thu hai mẫu Như đề cập phần 3.1 ảnh RHEED mẫu A1 (hình 3.3b) mẫu A2 (hình 3.3c) ảnh RHEED tối có dạng điểm sáng đường thẳng mờ, chứng tỏ hình thái bề mặt màng khơng đồng chất lượng tinh thể bị chế tạo nhiệt độ thấp, tính chất từ yếu hay nhiệt độ Curie giảm xuống Điều nhiệt độ chế tạo mẫu thấp dẫn đến lượng nhiệt cung cấp không đủ để nguyên tử Fe liên kết thay thế vào mạng tinh thể InSb Trong đó, mẫu chế tạo nhiệt độ cao A3 (Tđế = 250oC) A4 (Tđế = 270oC) có nhiệt độ Curie cao 210K 110K, điều phù hợp với kết thu từ ảnh nhiễu xạ RHEED hai mẫu Ảnh nhiễu xạ RHEED hai mẫu cho thấy cấu trúc màng đồng phẳng chất lượng tinh thể tốt tính chất từ cải thiện tốt hơn, nhiệt độ Curie cao Điều nhiệt độ đế cao lượng nhiệt cung cấp cho phân tử lớn hơn, nguyên tử Fe dễ thay thế vào mạng tinh thể InSb Kết từ hình 3.9 cho thấy nhiệt độ Curie mẫu (In,Fe)Sb đạt cao chế tạo nhiệt độ đế Tđế = 250oC Mẫu A3 chế tạo nhiệt độ có nhiệt độ Curie 210K, kết phù hợp với kết báo cáo gần nhóm nghiên cứu Applied Physics Express năm 2018,4 mẫu (In,Fe)Sb pha tạp 11%Fe chế tạo nhiệt độ Tđế = 250oC có nhiệt độ Curie 200K Từ rút kết luận nhiệt độ 250oC nhiệt độ tối ưu phù hợp để chế tạo màng mỏng (In,Fe)Sb phương pháp epitaxy chùm phân tử 43 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.8 (a) – (d) Đồ thị Arrott plot mẫu (In,Fe)Sb theo thứ tự từ A1 – A4 chế tạo nhiệt độ khác 210oC, 230oC, 250oC, 270oC 44 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.9 Đồ thị biễu diễn mối liên hệ giữa nhiệt độ Curie TC theo nhiệt độ chế tạo mẫu Tđế 45 download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Đề tài tiến hành phân tích kết đo đạc thực nghiệm mẫu vật liệu bán dẫn từ (In,Fe)Sb chế tạo nhiệt độ khác phương pháp epitaxy chùm phân tử Hình thái bề mặt cấu trúc tinh thể màng mỏng (In,Fe)Sb khảo sát ảnh nhiễu xạ chùm điện tử phản xạ lượng cao RHEED; tính chất quang-từ (magneto-optical) nhiệt độ Curie vật liệu (In,Fe)Sb xác định phép đo phổ MCD phương pháp vẽ Arrott plot đồ thị cường độ MCD theo từ trường H (đường MCD-H) Q trình phân tích thu thu kết sau: - Kết phân tích ảnh nhiễu xạ RHEED cho thấy màng mỏng (In,Fe)Sb chế tạo thành công giữ cấu trúc tinh thể dạng zinc-blende bán dẫn InSb, khơng hình thành tạp chất hay phase khác mẫu Tuy nhiên kết khảo sát cho thấy hình thái bề mặt tính chất từ màng mỏng (In,Fe)Sb phụ thuộc vào nhiệt độ chế tạo Ở nhiệt độ chế tạo thấp 210 – 230oC, hình thái bề mặt màng khơng đồng đều, hình thành ốc đảo có dạng gồ ghề theo ba chiều (3D) nhiệt độ Curie màng mỏng (In,Fe)Sb tương đối thấp từ 50 – 80K Còn nhiệt độ chế tạo từ 250 – 270oC, hình thái bề mặt màng mỏng (In,Fe)Sb tốt hơn, có dạng phẳng theo dạng hai chiều (2D) nhiệt độ Curie cao từ 110 – 210K - Kết phân tích phổ MCD cho thấy màng bán dẫn từ (In,Fe)Sb giữ cấu trúc vùng lượng bán dẫn gốc mẫu có pha sắt từ (In,Fe)Sb, khơng có phase khác tìm thấy mẫu, nhiệt độ Curie cao 210K thu chế tạo nhiệt độ 250oC cho thấy nhiệt độ tối ưu để chế tạo màng mỏng (In,Fe)Sb 4.2 Hướng phát triển đề tài Trong đề tài tác giả thực việc khảo sát phụ thuộc tính chất từ màng mỏng (In,Fe)Sb theo nhiệt độ chế tạo Tuy nhiên, giới hạn thời gian thực khóa luận tốt nghiệp cịn nhiều thơng số khác ảnh hưởng đến tính chất từ màng mỏng (In,Fe)Sb độ dày màng mỏng, tốc độ tạo màng,… chưa quan tâm khảo sát nghiên cứu Vì những hướng 46 download by : skknchat@gmail.com phát triển đề tài nhóm nghiên cứu thời gian sắp tới nhằm cải thiện nhiệt độ Curie, tăng độ từ hóa vật liệu (In,Fe)Sb 47 download by : skknchat@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt _ I https://sites.google.com/site/lebienbn/thu-vien-ve-cac-bai-bao-khoa-hoc/spintronics II https://vi.wikipedia.org/wiki/Bộ_nhớ_RAM_từ_điện_trở III https://vanj.jp/vi/2017/02/08/chat-ban-dan-pha-tap-sat-vat-lieu-mo-duong-cho-the- he-thiet-bi-ban-dan-dien-tu-su-dung-spin/ IV V https://voer.edu.vn/m/epitaxy-chum-phan-tu/4a459258 https://wikipedia.org/wiki/Arrott_plot David Halliday, Giáo trình Cơ sở vật lý IV – V, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội, VI 2016 VII Lê Đình, Vật lý chất rắn bán dẫn, Trường Đại học sư phạm Huế, Huế, 1999 Tiếng Anh H Munekata, H Ohno, S von Molnar, A Segmuller, L L Chang, and L Esaki, Phys Rev Lett 63, 1849 (1989) H Ohno, A Shen, F Matsukara, A Oiwa, A Endo, S Katsumoto, and Y Iye, Appl Phys Lett 69, 363 (1996) L Chen, X Yang, F Yang, J Zhao, J Misuraca, P Xiong, and S von Molnar, Nano Lett 11, 2584 (2011) Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, and Masaaki Tanaka, Applied Physics Express 11, 063005 (2018) Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, and Masaaki Tanaka, Applied Physics Express 12, 103004 (2019) Akinaga and H Ohno, IEEE Trans Nanotech 1, 19 (2002) B N Baibich, J M Broto, A Fert, F Nguyen Van Dau and F Petroff, Phys Rev Lett 61, 2472 (1988) G Binasch, P Grünberg, F Saurenbach and W Zinn, Phys Rev B 39, 4828 (1989) 48 download by : skknchat@gmail.com T Miyazaki and N Tezuka, J Magn Magn Mater 139, L231 (1995) 10 J S Moodera, L R Kinder, T.M Wong and R Meservey, Phys Rev Lett 74, 3273 (1995) 11 K Edmonds, Lectures, School of Physics & Astronomy, University of Nottingham 12 J K Furdyna, J.Appl Phys 64, R29 (1988) 13 T Hayashi, M Tanaka, T Nishinaga, H Shimada, H Tsuchiya, and Y Otuka: J Cryst Growth 175-176, 1063(1997) 14 Ando, K T Hayashi, M Tanaka and A Twardowski, J Appl Phys 83, 6548 (1998) 15 H Ohno, D Chiba, F Matsukura, T Omiya, E Abe, T Dietl, Y Ohno, and K Ohtani, Nature 408, 944 (2000) 16 T Schallenberg and H Munekata, Appl Phys Lett 89, 042507(2006) 17 E Abe, F Matsukura, H Yasuda, Y Ohno, and H Ohno, Physica E 7, 981 (2000) 18 K Ganesan, H L Brat, J Appl Phys 103, 043701 (2008) 19 N T Tu, P N Hai, L D Anh and M Tanaka, Phys Rev B 92, 144403 (2015) 20 N T Tu, P N Hai, L D Anh and M Tanaka, Appl Phys Lett 108, 192401 (2016) 21 P N Hai, L D Anh, S Mohan, T Tamegai, M Kodzuka, T Ohkubo, K Hono, and M Tanaka: Appl Phys Lett 101, 182403(2012) 22 S Haneda, M Yamaura, Y Takatani, K Hara, S Harigae, and H.Munekata, Jpn J Appl Phys 39, L9 (2000) 23 24 N T Tu, P N Hai, L D Anh and M Tanaka, Appl Phys Lett 112, 122409 (2018) Regina Ciancio, Andrea Vittadini, Annabella Selloni, Riccardo Arpaia, Carmela Aruta, Fabio Miletto Granozio, Umberto Scotti di Uccio, Giorgio Rossi, Elvio Carlino, J Nanopart Res (2013) 25 A Shen 'l, H Ohno, F Matsukura, Y Sugawara, N Akiba, T Kuroiwa, A Oiwa, A Endo, S Katsumoto, Y Iye, Journal of Crystal Growth 175/176 (1997) 1069-1074 26 K Ando and H Munekata, J Magn Magn Mater 2004-2005, 272 (2004) 27 A Arrott, Physical Review 108 (6): 1394–1396 (1957) 28 S Logothetidis, L Vina, and M Cardona, 49 Phys Rev B 31, 947 (1985) download by : skknchat@gmail.com ... đề tài ? ?Khảo sát phụ thuộc vào nhiệt độ chế tạo tính chất từ vật liệu bán dẫn từ Indium Iron Antimonide (In,Fe)Sb” Mục đích nghiên cứu Khảo sát thay đổi tính chất từ màng mỏng bán dẫn từ (In,Fe)Sb... thực đề tài ? ?Khảo sát phụ thuộc vào nhiệt độ chế tạo tính chất từ vật liệu bán dẫn từ Indium Iron Antimonide (In,Fe)Sb” Hình 1.12 Nhiệt độ Curie cao báo cáo số vật liệu bán dẫn từ nhóm III-V... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Bình An KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ CHẾ TẠO CỦA TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN TỪ INDIUM IRON ANTIMONIDE