o
0,2
-0,4
-0,6
Cường độ MCD đã chuẩn hóa0 (a.u) -0,81,2 1,5 2 25 3 3,5 4 4,5 5
Nang lượng photon (eV)
—iT —05T ——0.2T
Hình 3.6: Phỏ MCD tương ứng của các mẫu (In,Fe)Sb (A2) đo ở 5 K dưới các từ trường khác nhau 0.2 T, 0.5 T và 1 T sau khi đã được chuẩn hóa.
43
3.4 Sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie của màng mỏng (In,Fe)Sb theo thông
lượng Sb.
Hình 3.7 thé hiện sự phụ thuộc của cường độ MCD theo từ trường H (đỏ thị MCD - H) của các mẫu Al, A2, A3, A4 đo ở các nhiệt độ khác nhau từ 5 K đến 300
K. O đây cường độ MCD được đo ở năng lượng photon 1.9 eV (tương ứng với đình phô £; trên quang phỏ MCD), từ trường được thay đổi từ -0,5 T đến 0,5 T. Trên hình 3.7, chúng ta có thé thay đô thị MCD — H tat cả các mau ở nhiệt độ thấp như 5 K đều có đồ thị dạng đường cong kín và có từ du (remanent magnetization) khi từ trường được loại bỏ (H = 0). Điều này cho thấy sự hiện diện của trật tự sắt tir có
trong mẫu khi ở nhiệt độ thấp, và các đỗ thị này thê hiện đường cong từ trễ của bán
dẫn từ (In,Fe)Sb trong mau. Khi tăng dần nhiệt độ ở các mẫu thì từ du giảm dan, đồng thời các đường cong từ trễ này dan dan thăng ra trở nên tuyến tính ở nhiệt độ 300 K, cho thay các mẫu đều ở trạng thai thuận từ ở 300 K. Điều nay cho thay trong mẫu chỉ có mỗi bán dẫn từ (In,Fe)Sb va không có chứa các tạp chất khác như cum nano của sắt hoặc hợp chất của Fe, bởi vì các hợp chất này thường có nhiệt độ Curie
rat cao và từ tính rất mạnh do đó chúng thường thê hiện từ tinh (cụ thé là đường cong
từ hóa) ké cả ở nhiệt độ 300 K.
MCPĐ - H (AI)
a0
^ —ằ
| đỗ —⁄%
a — 100K
= 9 —— 150K
‹e =—— XOK
s
ce -40 —'wr
ậ — xoK
~ an Os ° as 30K
Cường độ từ trưởng H CT)
MCD - H (A3)
140 —:‹
_ xe
70 —— 5
= —— 100K
8 —150K
= ° ——t8K
s ——14K
BE 70 ——20K
Ễ xox
© +40
45 0 0%
Cường độ từ trường H (1)
Hình 3.7: Dò thị thể hiện sự phụ thuộc của cường độ MCD theo từ trường của các mẫu AI, A2, A3, A4, theo thứ tự được do ở các nhiệt độ khác nhau từ 5K đến 300K.
Để xác định nhiệt độ Curie của các mẫu (In,Fe)Sb, phương pháp vẽ đồ thị Arrott plot đã được sử dụng trong đề tai này. Hình 3.8 thé hiện Arrott plot tương
ứng của các đỏ thị MCD-H trong hình 3.7. Những đường thăng được vẽ tiếp tuyến với phan bão hòa trên đồ thị MCD? — H/MCD (những đường nét đứt). Nhiệt độ tại đó đường tiếp tuyến đi qua gốc tọa độ chính là nhiệt độ Curie. Nhiệt độ Curie của các mẫu (In,Fe)Sb Al- A4 tính từ cách vẽ Arrott plot được liệt kê trong bang 1 và
MCD - H (A3)
+oS w =
.*
< —s
LH
= =——— 10%
=
s —:1x
Sa
Sé -20 ——210&
Ễ — 200
60
05 0 05 00%
Cường dé từ trường H (T) MCD - H (44)
100 .
3 40%?
§ % — SOK
8 or= 0
~~. —1zô
Ỹ =
© dọa
0,5 0 0S
Cường độ từ trường HOT)
vẽ theo một hàm của thông lượng Sb trên hình 3.9.
45
„AI a-2)Al
}rœ(
tứCO rr
bè Scr ox by :
š 4008 .ôs% 2 e2Sức
r5 tứ Z * 102 a dạ 30K
& = ©
= “92k a ©5308
° 20K “
ives) ⁄
* +
sí ——— bì oon am ao 204
o ooo qœew om? ote oo? 2 H/MCD (T/ meg)
H/NCD (1/mndeg) MCP” (mdeg*)
b-1) A2 b-2) A2
" MGD* (mdeg*)
sứ 200
ZXO %c
EB 2 saci s s1?
6 © 100K ` ...
x 100 o 18 % 200K
co 300
’ $ 7e. .Ằ + .
© ar an `) Đ ac 004 0,06
1I/MCD (T/n4ez) H/MCD (T/nảxy)
c1) A3 c2)A3
103%
tuy
— m0
a * 190Kte ! = by tu)
s ‹ s3 š taằ) â 1Ê0E
E “20 qe
a r-less © 190K e * %0 S oy
â = ôxa
= + 100K to Ẹ -
10% “# © 300K
#
of ..
9/33 -@> 4\(0? sn ° 0S 00% 015 Qu
H/MCĐ (T/suleg) l1/MCD (1/mỏằg)
d-1)A4 d-2)A4
10% 14x
seo Tc= 40K
1203
bị 100 oma
R 82 < ° h * 103
% 062% © 40<
8 * 150
xs * * 30c
° * 302 yO "
k °
o oo oa aos
H/MCD (Ÿ/mâ)
Hình 3.8 (a) — (đ): Đồ thị Arrott plot của 4 mẫu (In,Fe)Sb theo thứ tự từ Al — A4 chế tạo ở các thông lượng Sb khác nhau lần lượt 5,5.10”Š Pa, 6,5.10~5 Pa, 7,5.10~5 Pa,
8,5.1075 Pa.
200 210
150
40
5 6 7 8 9
Thông lượng Sb (x 107° Pa)
Hình 3.9: Đô thị biểu điển mối liên hệ giữa nhiệt độ Curie Ty theo thông lượng Sb.
Trên hình 3.8, kết quả Arrott plot cho thấy các mẫu (In,Fe)Sb Al (5,5 x 10-5 Pa) và A2 (6,5 x 10-5 Pa) có nhiệt độ Curie lần lượt là 200 K và 210 K.
Trong khi mẫu A3 (7,5 x 1075 Pa) va mau A4 (8,5 x 1075 Pa) có nhiệt độ Curie
thấp hơn lan lượt là 150 K và 40 K. Như vậy có thé thấy thông lượng Sb trong quá trình chế tạo ảnh hưởng rat lớn đến tính chat từ của các mẫu (In,Fe)Sb. Như đã dé cập ở phan 3.2 kết quả khảo sát cho thấy hình thái bề mặt của các mẫu (In,Fe)Sb bảng RHEED cũng phụ thuộc vảo thông lượng Sb. Ở mẫu AI và A2 với thông lượng thấp như (5,5 x 1075 Pa) . (6,5 x 1075 Pa) . hình thái bề mặt màng không đông đều có dạng gồ ghé theo ba chiều (3D). Trong khi ở mẫu A3 và A4 đỗi với thông lượng Sb nhiều hơn như (7,5 x 1075 Pa). (8,5 x 1075 Pa) hình thái bề mặt màng mỏng (In,Fe)Sb tốt hơn, có dang bằng phẳng theo dang hai chiều (2D). Như
vậy có sự liên quan giữa hình thái bề mặt và tính chất từ của màng mỏng (In,Fe)Sb.
Một trong những kha nang là do các mẫu Al và A2 có bề mặt không đồng đều nên dẫn đến lượng Fe trong các mẫu nay phân bố không đồng déu. Theo cầu trúc mẫu thiết kế thì lượng Fe pha tạp là 10% tuy nhiên có những vùng Fe phân bố cao hơn 10% (Fe-rich region) dan dén khi do nhiệt độ Curie sẽ cho giá trị cao hon so với các mẫu A3 và A4 có hình thái bề mặt phăng và nông độ pha tạp Fe đồng đều 10%. Vi vậy nên nhiệt độ Currie của mẫu A3 và A4 đo được sẽ thấp hơn so với hai mẫu Al
và A2.
47
Cũng cân lưu Ý thêm là nhiệt độ Curie của các mẫu (In,Fe)Sb pha tạp 10% Fe AI-A3 từ 150 K - 210 K khá phù hợp với kết quả báo cáo của nhóm nghiên cứu
trên Applied Physics Express năm 2018 [4], trong đó mẫu (In,Fe)Sb pha tạp 11% Fe
chế tạo có nhiệt độ Curie là 200 K. Từ đây có thé rút ra kết luận dé chế tạo màng mỏng (In,Fe)Sb bang phương pháp epitaxy chùm phân tứ thì thông lượng Sb tối ưu phù hợp nhất dé tạo được màng mỏng (In,Fe)Sb vừa có cau trúc tương doi đồng đều
và vừa nhiệt độ Curie cao là trong khoảng 6,5 - 7,5 x 1075 Pa.
CHƯƠNG 4. KET LUẬN
4.1 Kết luận
Đề tài đã tiền hành phân tích kết quả đo đạc thực nghiệm của các mẫu vật liệu
bán dẫn từ (In,Fe)Sb được chế tạo ở các thông lượng Sb bằng phương pháp epitaxy cham phân tử. Hình thái bề mặt và cấu trúc tinh thé của màng mỏng (In.Fe)Sb được khảo sát bằng ảnh nhiễu xạ chùm điện tử phản xạ năng lượng cao RHEED; tính chất
quang-từ (magneto-optical) va nhiệt độ Curie của vật liệu (In,Fe)Sb được xác định
bang phép đo phô MCD và phương pháp vẽ Arrott plot của các đồ thị cường độ
MCD theo từ trường H (đường MCD-H). Quá trình phân tích thu được các thu được
kết quả như sau:
- Kết quả phân tích ảnh nhiễu xạ RHEED cho thấy màng mỏng (In,Fe)Sb đã được chế tạo thành công và giữ được cau trúc tinh thé dang zinc-blende của ban dan nên InSb, không hình thành bat ki các tạp chat hay phase khác nao trong mẫu. Dong thời ảnh nhiễu xa RHEED cho thay có sự chuyên đôi từ cấu trúc hai chiều bằng phẳng (2D) sang cau trúc gồ ghé ba chiều (3D) khi thông lượng Sb giảm xuống 5,5
- 6,5 x 1075 Pa.
- Kết qua phân tích phé MCD cho thấy các màng ban dan từ (In,Fe)Sb giữ được cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn gốc và trong mẫu chỉ có duy nhất một
pha sắt từ của (In,Fe)Sb, không có các phase khác được tìm thấy trong mẫu. Tính chat từ của màng mỏng (In,Fe)Sb phụ thuộc rất lớn vào thông lượng Sb. Ở thông
lượng thấp như 5 5 - 6,5 x 107° Pa nhiệt độ Curie của mang mỏng (In,Fe)Sb
tương đối cao 200 K - 210 K. Đối với thông lượng Sb cao hơn 7,5 — 8,5 x
10” Pa, nhiệt độ Curie lại thấp hơn trong từ 40 -150 K.
Như vậy, kết quả nghiên cứu trong dé tài này cho thay dé chế tao màng
mong (In,Fe)Sb bang phương pháp epitaxy chùm phân tử thì thông lượng Sb tôi ưu phủ hợp nhất dé tạo được mang mỏng (In,Fe)Sb vừa có cau trúc tương đối đồng đều
và vừa nhiệt độ Curie cao 1a trong khoảng 6,5 - 7,5 x 1075 Pa.
49
4.2 Hướng phát triển của đề tài
Trong dé tải này tác giả đã thực hiện việc khảo sát sự phụ thuộc của tính chất
từ của màng mong (In,Fe)Sb theo thông lượng Sb thêm vào. Tuy nhiên, do giới hạn
vẻ thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp chính vì vậy còn nhiêu các thông số khác ảnh hưởng đến tính chat từ của mang mỏng (In,Fe)Sb như độ day màng mỏng, tốc độ tạo màng,... vẫn chưa được quan tâm khảo sát và nghiên cứu. Vì vậy đây cũng là một trong những hướng phát trién của dé tài của nhóm nghiên cứu trong thời gian sắp tới nhằm cải thiện nhiệt độ Curie, tăng độ từ hóa của vật liệu
(In,Fe)Sb.
50