(Luận văn) 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 lu an n va KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ gh tn to CHẾ TẠO CỦA TÍNH CHẤT TỪ p ie CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN TỪ d oa nl w INDIUM IRON ANTIMONIDE (In,Fe)Sb ll u nf va an lu m oi KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC z at nh z m co l gm @ an Lu Thành phố Hồ Chí Minh – 2020 n va ac th si BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Bình An KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC lu an n va KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ to ie gh tn CHẾ TẠO CỦA TÍNH CHẤT TỪ p CỦA VẬT LIỆU BÁN DẪN TỪ d oa nl w INDIUM IRON ANTIMONIDE (In,Fe)Sb an lu u nf va Ngành Sư phạm Vật lý ll Mã số sinh viên: 42.01.102.001 oi m z at nh Giảng viên hướng dẫn Giảng viên phản biện z m co l gm @ TS CAO ANH TUẤN n va TP Hồ Chí Minh, năm 2020 an Lu TS NGUYỄN THANH TÚ ac th si 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 lu an 2.1 Phương pháp Epitaxy chùm phân tử (molecular beam epitaxy - MBE) 23 va 2.2 Phương pháp kiểm tra chất lượng bề mặt màng mỏng 25 n 2.3 Quang phổ lưỡng sắc tròn (magnetic circular dichroism spectra - MCD) 28 tn to 2.4 Xác định nhiệt độ Curie phương pháp vẽ Arrott plot 31 ie gh CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32 p 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 w oa nl 3.3 Khảo sát tính chất quang-từ (magneto-optical) màng mỏng (In,Fe)Sb 36 CHƯƠNG KẾT LUẬN 46 d an lu 4.1 Kết luận 46 va 4.2 Hướng phát triển đề tài 46 ll u nf TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT (Theo thứ tự bảng chữ cái) 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 lu Chữ viết tắt an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu Hình 1.1 transistor đơn vị diện tích theo thời gian (Nguồn an n va Intel.com) p ie gh tn to Hình 1.2 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 Hình 1.3 10 oa nl w chui hầm d Cách ghi dữ liệu loại MRAM (a) MRAM đảo từ lu trường (b) MRAM đảo dịng phân cực spin (Nguồn: 12 va an Hình 1.4 Wikipedia.com) ll u nf Minh họa tạo thành vật liệu bán dẫn từ 13 oi m Hình 1.5 Hình 1.6 z at nh Sự phụ thuộc độ từ hóa M theo từ trường màng mỏng (Ga,Mn)As có nồng độ 3.5%Mn 5K Hình bên biễu 15 z diễn độ từ dư theo nhiệt độ mẫu gm @ độ pha tạp 0.5% 7.4%Mn 15 m co Điều khiển tính chất từ dịng điện (In,Mn)As Trong RHall điện trở Hall phụ thuộc vào độ từ hóa M an Lu Hình 1.8 Quang phổ MCD màng mỏng (Ga,Mn)As với nồng l Hình 1.7 16 n va ac th si 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 19 (In,Fe)As, (Ga,Fe)Sb (In,Fe)Sb chế tạo phương pháp 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 lu tạp Fe từ - 16% an n va Nhiệt độ Curie cao báo cáo số tn to 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 p ie gh Điều khiển tính chất từ màng mỏng (In,Fe)Sb điện trường Trong RHall điện trở Hall phụ thuộc vào độ từ 22 w hóa M Khi đặt vào cổng điện áp dương (+5V) RHall tăng lên oa nl Hình 1.13 d cho thấy độ từ hóa M hay từ tính màng (In,Fe)Sb tăng lên an lu Sơ đồ minh họa hệ thống epitaxy chùm phân tử 23 u nf va Hình 2.1 24 oi MBE m z at nh Hình 2.3 Mơ tả tăng trưởng chùm phân tử phương pháp ll Hình 2.2 Ảnh chụp buồng tăng trưởng EpiQuest III-V MBE đại học 25 z Tokyo gm @ Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thiết bị để thu phổ RHEED 25 l bán dẫn TiO2 đế LaAlO3 phương pháp MBE Bên 26 an Lu Hình 2.5 m co Ảnh RHEED thu trình chế tạo màng mỏng trái ảnh RHEED, bên phải ảnh minh họa hình thái bề n va ac th si 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 28 dẫn từ Hình 2.7b Ảnh chụp máy đo phổ MCD trường đại học Tokyo 28 lu an (a) Quang phổ MCD (In,Fe)As cho thấy có tăng cường va n Hình 2.8 độ mạnh mẽ peak quan trọng InAs (b) Phổ MCD 30 tn to lớp Fe dày 44nm thể peak rộng, khác biệt p ie gh hồn tồn so với (In,Fe)As Hình vẽ cấu trúc mẫu bán dẫn từ (In,Fe)Sb đế 32 Hình 3.1 oa nl w GaAs (a) – (d) Hình ảnh RHEED lớp đệm AlSb d 34 lu Hình 3.2 Hình ảnh RHEED lớp (In,Fe)Sb mẫu theo thứ tự 35 ll u nf Hình 3.3 va an mẫu theo thứ tự tương ứng A1 – A4 oi m Phổ MCD mẫu (In,Fe)Sb (A0-A4) chế tạo nhiệt độ khác (210oC, 230oC, 250oC, 270oC) Phổ MCD 37 z at nh Hình 3.4 đo nhiệt độ 5K đặt từ trường 1T z (a) – (d) Phổ MCD tương ứng mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) @ 39 gm Hình 3.5 m co l đo 5K từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T (a) – (d) Phổ MCD tương ứng mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) đo 5K từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T sau 40 an Lu Hình 3.6 chuẩn hóa n va ac th si 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 45 độ chế tạo mẫu Tđế lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu an có nhiệt độ Curie thấp Chẳng hạn, chất bán dẫn từ nghiên cứu nhiều n va Galium Manganese Asenide ((Ga,Mn)As) có nhiệt độ Curie cao tn to 200K (-730C),3 điều gây khó khăn cho việc đưa vào ứng dụng thiết bị điện gh tử p ie 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 oa nl w 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 d an lu cao báo cáo cho đến nay, chúng có nhiều tiềm để ứng dụng va lĩnh vực điện tử Tuy nhiên việc tối ưu hóa điều kiện chế tạo vật liệu (In,Fe)Sb ll u nf nhiệt độ chế tạo, bề dày màng mỏng,… chưa nghiên cứu thực Vì oi m với mong muốn tìm hiểu nghiên cứu sâu vật liệu (In,Fe)Sb tìm điều z at nh kiện để cải thiện tính chất từ màng mỏng (In,Fe)Sb, mong muốn thực đề tài “Khảo sát phụ thuộc vào nhiệt độ chế tạo tính chất từ vật liệu bán dẫn từ z Indium Iron Antimonide (In,Fe)Sb” gm @ l Mục đích nghiên cứu m co 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 an Lu n va ac th si 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 q 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 lu an pháp epitaxy chùm phân tử, kết nghiên cứu cho biết quy luật ảnh n va hưởng nhiệt độ chế tạo lên tính chất màng mỏng (In,Fe)Sb, từ chọn p ie gh tn to nhiệt độ chế tạo thích hợp cho mục đích sử dụng khác d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 zinc- lu an blende bán dẫn gốc InSb, nguyên tử Fe thay thế tốt vào vị trí In n va mạng tinh thể mà không tạo cụm nano kim loại (nanocluster) p ie gh tn to nl w A1 – 2100C (b) A2 – 2300C (c) ll u nf va an lu (a) d oa InSb – 2500C oi m z at nh (d) A3 – 2500C (e) A4 – 2700C z Hình 3.3 (a) – (e) Hình ảnh RHEED lớp (In,Fe)Sb mẫu A0 – A4 theo m co l gm @ thứ tự an Lu n va ac th 35 si 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 Ngoài phổ MCD mẫu đối chiếu InSb không 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 lu đỉnh phổ (peak) vùng lượng photon khoảng 2eV giống với phổ MCD an với mẫu InSb không pha tạp A0, đỉnh phổ đặc trưng ứng với mức lượng va chuyển tiếp E1 bán dẫn InSb.28 Điều chứng tỏ mẫu (In,Fe)Sb giữ nguyên n tn to cấu trúc vùng lượng (band structure) bán dẫn gốc InSb, đồng thời cường gh độ đỉnh phổ MCD mạnh lên nhiều chứng tỏ độ từ hóa M InSb tăng lên pha p ie tạp Fe (vì độ từ hóa M tỉ lệ thuận với cường độ MCD) hay nói cách khác từ tính w InSb mạnh lên pha tạp Fe Cũng cần nhấn mạnh phổ mẫu (In,Fe)Sb oa nl phổ rộng thể đỉnh phổ phù hợp với cấu trúc vùng d lượng bán dẫn InSb, điều chứng tỏ cấu trúc mẫu không tồn lu an cụm nano liên quan đến hợp chất sắt (Fe-related nanocluster) Vì vậy, phổ MCD u nf va cho thấy mẫu (In,Fe)Sb chế tạo thành công, từ tính mẫu xuất phát từ vật liệu bán dẫn từ (In,Fe)Sb từ tạp chất khác cụm nano hợp ll oi m chất liên quan đến Fe z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th 36 si E1 E1 lu an n va gh tn to p ie E1 d oa nl w ll u nf va an lu E1 oi m z at nh z gm @ E1 m co l an Lu Hình 3.4 Phổ MCD mẫu (In,Fe)Sb (A0-A4) chế tạo nhiệt độ khác va ac th 37 n (210oC, 230oC, 250oC, 270oC), đo nhiệt độ 5K đặt từ trường 1T si 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 hoàn toàn phù hợp với tính chất vật liệu sắt từ Khi từ trường ngồi tăng lên độ từ hóa tăng lên sau đạt đến trạng thái bão hịa 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 toàn phổ chia cho cường độ MCD đỉnh phổ E1 = 2eV, nơi có cường độ mạnh nhất, để có giá trị chuẩn hóa lu an Hình 3.6 cho thấy phổ MCD mẫu đo từ trường khác sau n va chuẩn hóa, phổ MCD gần chồng khớp với cho thấy chúng có tn to hình dạng, điều đồng nghĩa với việc bên mẫu có chứa pha sắt gh từ (In,Fe)Sb mà khơng trộn lẫn pha sắt từ tạp chất khác p ie Vì nếu có hai ba pha sắt từ bên mẫu pha có độ từ hóa M khác w phụ thuộc theo cách khác vào từ trường ngồi Tuy nhiên điều oa nl khơng quan sát thấy phổ MCD đo từ trường khác Vì d kết luận mẫu bán dẫn từ (In,Fe)Sb chế tạo thành công, bên mẫu lu ll u nf va an có pha sắt từ (single-phase) vật liệu bán dẫn từ (In,Fe)Sb oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th 38 si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ n ac th 39 va từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T an Lu Hình 3.5 (a) – (d) Phổ MCD tương ứng mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) đo 5K si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 3.6 (a) – (d) Phổ MCD tương ứng mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) đo 5K ac th 40 n va từ trường khác 0.2T, 0.5T 1T sau chuẩn hóa si 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 lu an tún tính hồn tồn nhiệt độ 300K, cho thấy mẫu trạng thái thuận từ n va 300K Điều cho thấy mẫu có bán dẫn từ (In,Fe)Sb khơng có chứa tn to tạp chất khác cụm nano sắt hợp chất Fe, hợp chất gh thường có nhiệt độ Curie cao từ tính mạnh chúng thường thể từ tính p ie (cụ thể đường cong từ hóa) kể nhiệt độ 300K d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th 41 si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w va an lu u nf Hình 3.7 Đồ thị thể phụ thuộc cường độ MCD theo từ trường mẫu ll A1, A2, A3, A4, theo thứ tự đo nhiệt độ khác từ 5K đến 300K oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th 42 si 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 lu an có dạng điểm sáng đường thẳng mờ, chứng tỏ hình thái bề mặt màng n va khơng đồng chất lượng tinh thể bị chế tạo nhiệt độ thấp, tn to tính chất từ ́u hay nhiệt độ Curie giảm xuống Điều nhiệt độ gh chế tạo mẫu thấp dẫn đến lượng nhiệt cung cấp không đủ để p ie nguyên tử Fe liên kết thay thế vào mạng tinh thể InSb Trong đó, w mẫu chế tạo nhiệt độ cao A3 (Tđế = 250oC) A4 (Tđế = 270oC) có nhiệt độ oa nl Curie cao 210K 110K, điều phù hợp với kết thu từ ảnh d nhiễu xạ RHEED hai mẫu Ảnh nhiễu xạ RHEED hai mẫu cho thấy cấu an lu trúc màng đồng phẳng chất lượng tinh thể tốt tính chất từ cải u nf va 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 ll oi m mạng tinh thể InSb z at nh 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 z Curie 210K, kết phù hợp với kết báo cáo gần nhóm nghiên @ gm cứu Applied Physics Express năm 2018,4 mẫu (In,Fe)Sb pha tạp 11%Fe m co l 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 an Lu phương pháp epitaxy chùm phân tử n va ac th 43 si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z gm @ l Hình 3.8 (a) – (d) Đồ thị Arrott plot mẫu (In,Fe)Sb theo thứ tự từ A1 – A4 chế m co tạo nhiệt độ khác 210oC, 230oC, 250oC, 270oC an Lu n va ac th 44 si lu an n va Hình 3.9 Đồ thị biễu diễn mối liên hệ giữa nhiệt độ Curie TC theo nhiệt độ chế tạo p ie gh tn to mẫu Tđế d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th 45 si 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 lu chế tạo thành công giữ cấu trúc tinh thể dạng zinc-blende bán dẫn InSb, an khơng hình thành tạp chất hay phase khác mẫu Tuy nhiên kết n va khảo sát cho thấy hình thái bề mặt tính chất từ màng mỏng (In,Fe)Sb phụ thuộc to tn vào nhiệt độ chế tạo Ở nhiệt độ chế tạo thấp 210 – 230oC, hình thái bề mặt màng ie gh khơng đồng đều, hình thành ốc đảo có dạng gồ ghề theo ba chiều (3D) nhiệt độ p Curie màng mỏng (In,Fe)Sb tương đối thấp từ 50 – 80K Còn nhiệt độ w chế tạo từ 250 – 270oC, hình thái bề mặt màng mỏng (In,Fe)Sb tốt hơn, có dạng oa nl phẳng theo dạng hai chiều (2D) nhiệt độ Curie cao từ 110 – 210K d - Kết phân tích phổ MCD cho thấy màng bán dẫn từ (In,Fe)Sb giữ lu va an cấu trúc vùng lượng bán dẫn gốc mẫu có pha sắt từ u nf (In,Fe)Sb, khơng có phase khác tìm thấy mẫu, nhiệt độ Curie cao ll 210K thu chế tạo nhiệt độ 250oC cho thấy nhiệt độ tối ưu để oi z at nh z 4.2 Hướng phát triển đề tài m chế tạo màng mỏng (In,Fe)Sb @ gm Trong đề tài tác giả thực việc khảo sát phụ thuộc tính chất từ l màng mỏng (In,Fe)Sb theo nhiệt độ chế tạo Tuy nhiên, giới hạn thời gian m co thực khóa luận tốt nghiệp cịn nhiều thơng số khác ảnh hưởng đến an Lu 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 n va ac th 46 si 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 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th 47 si 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 lu an 2016 va VII n Lê Đình, Vật lý chất rắn bán dẫn, Trường Đại học sư phạm Huế, Huế, 1999 tn to p ie gh Tiếng Anh H Munekata, H Ohno, S von Molnar, A Segmuller, L L Chang, and L Esaki, Phys w H Ohno, A Shen, F Matsukara, A Oiwa, A Endo, S Katsumoto, and Y Iye, Appl d oa nl Rev Lett 63, 1849 (1989) lu va an Phys Lett 69, 363 (1996) ll Lett 11, 2584 (2011) u nf L Chen, X Yang, F Yang, J Zhao, J Misuraca, P Xiong, and S von Molnar, Nano oi m Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, and Masaaki Tanaka, Applied Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, and Masaaki Tanaka, Applied z z at nh Physics Express 11, 063005 (2018) @ l gm 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 m co an Lu 61, 2472 (1988) G Binasch, P Grünberg, F Saurenbach and W Zinn, Phys Rev B 39, 4828 (1989) ac th 48 n va si 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, lu an Nature 408, 944 (2000) va 16 n T Schallenberg and H Munekata, Appl Phys Lett 89, 042507(2006) 18 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 tn E Abe, F Matsukura, H Yasuda, Y Ohno, and H Ohno, Physica E 7, 981 (2000) gh to 17 p ie K Ganesan, H L Brat, J Appl Phys 103, 043701 (2008) d oa nl w an lu M Tanaka: Appl Phys Lett 101, 182403(2012) va S Haneda, M Yamaura, Y Takatani, K Hara, S Harigae, and H.Munekata, Jpn J N T Tu, P N Hai, L D Anh and M Tanaka, Appl Phys Lett 112, 122409 (2018) oi z at nh 24 m 23 ll Appl Phys 39, L9 (2000) u nf 22 Regina Ciancio, Andrea Vittadini, Annabella Selloni, Riccardo Arpaia, Carmela z Aruta, Fabio Miletto Granozio, Umberto Scotti di Uccio, Giorgio Rossi, Elvio Carlino, gm 25 @ J Nanopart Res (2013) l A Shen 'l, H Ohno, F Matsukura, Y Sugawara, N Akiba, T Kuroiwa, A Oiwa, A m co Endo, S Katsumoto, Y Iye, Journal of Crystal Growth 175/176 (1997) 1069-1074 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) an Lu 26 n va ac th si