CHƯƠNG 3: KET QUA VÀ BAN LUẬN
3. Tiếp theo lớp màng mỏng (In,Fe) Sb dày 10nm được phủ với thông lượng Sb* (Sb flux) khác nhau với tốc độ tăng trưởng 0,5um/h ở nhiệt độ 250°C
*Thông lượng Sh (Sb flux) được đo bằng Beam Monitor. Ong dém do áp suất của chàm phân tử Sb di đến (gọi là BEP: Beam Equilibrium Pressure hay
Beam Equivalent Pressure)
4. Cuối cùng là lớp InSb làm phan che chắn phía trên day 2nm nhằm ngăn
chặn quá trình oxy hóa của lớp (In,Fe}Sb.
InFeSb 10%Fe
AISb 100nm
AlAs 10nm
Hình 3.1: Hình vẽ mô tả cấu trúc của các mẫu bán dẫn từ (In,Ee) Sb trên dé GaAs.
37
Trong dé tài này các mẫu (In,Fe)Sb được tạo nhằm mục đích khảo sát sự phụ thuộc của tính chat từ vào thông lượng Sb thêm vào nên các thông số khác được cô định như bề day màng mong (In,Fe) Sb được cô định d = 10nm, nồng độ pha tạp Fe x =10%. Đề tài nghiên cứu 4 mẫu màng mỏng được chế tạo có thông lượng Antimony (Sb) khác nhau ở lớp màng (In,Fe)Sb pha tạp với các ký hiệu lần lượt Al - A4 được liệt kê trên bang 3.1. Ngoài ra dé đối chiếu so sánh, trong dé tài còn sử dụng một mẫu bán dan không pha tạp InSb (bán dẫn thuần) kí hiệu mẫu AO cũng được chế tạo ở nhiệt độ 250°C.
Bang 3.1: Thông số các mẫu bán dan từ (In,Fe)Sb trong đề tài. Các mẫu (In,Fe,)Sb từ AO đến A4 với thông lượng Sb từ 5,5 — 8.5 (x 10° Pa), trong đó mẫu AO là mẫu InSb đối chiếu.
Thông lượng Sb
x(%) | d(nm) Tc (K)
(x 10° Pa)
0 - 0
5,5 200
10 6,5 210 10
7S 150
8,5 hao
38
3.2 Khảo sát hình thái bề mặt và cấu trúc tinh thé của màng mỏng (In,Fe)Sb.
Đề đảm bảo việc so sánh đối chiếu so sánh các mẫu nghiên cứu được sử dụng trong dé tài déu được chế tạo trong cùng một điều kiện lớp đệm ta dùng phương pháp chụp ảnh nhiễu xạ của chùm clectron phản xạ năng lượng cao (RHEED) để đánh giá. Quan sát hình 3.2 ta dé dàng nhận thay ảnh nhiễu xạ chum điện tử phản xạ năng lượng cao của các lớp đệm AISb của 4 mẫu nghiên cứu trước khi được phủ lớp (In.Fe)Sb đều cho thay các đường thăng (streak) có cường độ rất sáng và rõ ràng,
điều này chứng tỏ các lớp đệm đều có bề mặt đồng déu, bằng phẳng (flat) theo định hướng hai chiều (2D), cau trúc tinh thê lớp đệm rất tốt. Từ đó các lớp màng mỏng
bán dẫn từ (In,Fe)Sb sẽ được chế tạo trên các lớp đệm có cau trúc tinh thé tat, đồng
đều như nhau.
a)
Hình 3.2 (a) — (đ) Hình anh RHEED của các lớp đệm AISb của các mẫu theo thứ tự
tương ứng Al — A4.
Tiếp tục dựa trên hình ảnh RHEED của 4 mẫu nghiên cứu khi phủ lớp màng mong (In,Fe)Sb day 10nm với thông lượng Sb (Sb flux) khác nhau thay đồi trong khoảng 5,5 - 8,5 ( x 10°) Pa, ở giai đoạn này giữa các mẫu đã có sự khác nhau rõ hơn. Tại mẫu A4 và A3, ảnh RHEED của chúng cho thay các đường thang (streak)
39
vẫn được thê hiện rõ ràng chứng tỏ bè mặt của lớp (In,Fe)Sb vẫn giữ được sự bằng phẳng tương đối. Tuy nhiên khi giảm dan thông lượng Sb tại các mẫu Al và A2 thì ảnh RHEED của chúng tối dần, các đường thăng cũng chuyên dần sang dạng điểm
sáng (spot), điều đó cho thay bè mặt của màng lúc này đang xấu đi, không còn giữ
được bề mặt bằng phăng dạng 2 chiều (2D) mà thay bang bẻ mặt gồ ghé với các ốc dao dang ba chiêu (3D). Ta có thé giải thích sự xấu dan đi của các mẫu khi giảm dan thông lượng Sb đến lớp đệm do nó phụ thuộc vào tỷ lệ thông lượng Js12//in có trong
các mau. Trong nghiên cứu “Tăng trưởng epitaxy chùm phân tử và đặc tính của các
lớp InSb trên chất nền GaAs” của nhóm nghiên cứu của trường đại học công nghệ Chalmers [25], họ nhận thay răng khi tỉ lệ Jsz⁄2„ nhỏ hơn | (cụ thé Jsi2/Jin=0.7) thì các mẫu RHEED chụp được trờ nên xấu đi so với các mẫu có tỉ lệ lớn hơn (1.4 và 1.0). Và lí do anh RHEED xấu đi có thé là do lượng In dư thừa có trong mau tạo nên các ốc đảo Inidum (islands) xuất hiện trên bề mặt mẫu và nó khiến cho ảnh RHEED chuyền từ dang streak sang dang spot như ảnh đưới đây thé hiện.
ọ
a) .
iim Gil
A3—7,5.10~°Pa A4- 8,5.10-ŠPa
Hình 3.3 (a) - (d) Hình ảnh RHEED của các lớp (In,Fe)Sb của các mẫu theo thứ tự
tương ứng Al - A4.
40
3.3 Khảo sát tính chất quang - từ (magneto - optical) của màng mỏng
(In,Fe)Sb.
Tiếp theo dé để nghiên cứu tinh chất từ của các mẫu (In.Fe)Sb (AI-A4) chế
tạo ở các thông lượng Sb thêm vào khác nhau trong khoảng 5,5 - 8,5 (x 1075 Pa)
thì phương pháp đo quang phô MCD đã được sử dụng. Hình 3.4 cho thấy phô MCD
của các mẫu Al-A4. Ngoài ra phô MCD của mẫu đối chiếu InSb không pha tạp AO (đường màu đen) cũng được vẽ nhằm mục đích so sánh. Lưu ý ở đây là cường độ phô MCD của mẫu AO rất nhỏ (vì đây là mẫu bán dẫn thuần không có từ tính) nên
dé tiện cho việc so sánh và nhìn rõ hình đạng thì cường độ MCD của mẫu nảy đã
được nhân lên 5 lần (x 5) khi vẽ trên cùng một đồ thị với ph6 MCD của các mẫu
AI-A4.
Từ hình 3.4 có thé thay phô MCD của các mẫu (In,Fe)Sb A1-A4 đều có cùng một đỉnh phổ (peak) ở vùng năng lượng photon khoảng 1,8 - 2 eV giống với phô MCD của với mẫu InSb không pha tạp AO, đây là đinh phô đặc trưng ứng với mức
năng lượng chuyển tiếp E\ của bán dẫn InSb. Điều này chứng tỏ các mẫu (In.Fe)Sb
vẫn giữ nguyên được cấu trúc vùng năng lượng (band structure) của bán dẫn gốc InSb. đồng thời cường độ đỉnh phô MCD mạnh lên rất nhiều chứng tỏ độ từ hóa M của InSb tăng lên khi tăng dan thông lượng Sb (vì độ từ hóa M tỉ lệ thuận với cường
độ MCD) hay nói cách khác là từ tính của InSb mạnh lên khi thêm thông lượng Sb vào lớp (In, Fe)Sb như khi pha tạp Fe.
Tuy đỉnh phổ của các mẫu có bề rộng năng lượng lớn hơn bề rộng của đỉnh phd A0 nhưng vẫn duy trì được hình dạng khá tương đồng với mẫu A0 không pha tạp điều này chứng tỏ trong cầu trúc các mẫu không tồn tại cum nano liên quan đến hợp chất của sắt (Fe-related nanocluster), kết quả này hoản toàn phù hợp với RHEED của các mẫu đã dé cập ở phan trên. Vì vậy, phô MCD cho thay các mẫu (In,Fe)Sb được chế tạo thanh công, từ tính của mẫu xuất phát từ vật liệu bán dan từ (In.Fe)Sb chứ không phải từ các tạp chất khác như cụm nano của hợp chất liên quan đến Fe.
4l
Phố MCD của các mẫu (In,Fe)Sb (A0 - A4)
15 2 2,5 3 3,5 4 45 5
20
Ễ om B20 AD (MCD X5)
a 6 —i!1
a own AD=
© em
lu —3
H 140 oom AG
ử 140
180 -
Nang lượng Photon (eV)
Hình 3.4: Pho MCD của các mẫu (In.Fe)Sb (A0-A4) chế tạo ở các thông lượng Sb
khác nhau (5,5 - 8,5( x 1075 Pa)), được đo ở nhiệt độ 5K khi đặt trong từ trường
IT.
Tiếp theo, do mẫu A2 (6,5 x 107° Pa) có nhiệt độ Curie (nhiệt độ chuyền pha) cao (sẽ được đề cập ở phần sau) nên được đo phô MCD ở các từ trường khác nhau nhằm khảo sát kĩ hơn từ tính của mau này. Hình 3.5 cho thay phô MCD của
các mẫu A2 đo ở các từ trường H = 0.2 T, 0.5 T và 1 T, khi tăng từ trường từ 0.2 T đến 0.5 T thì cường độ MCD tăng dan, sau đó bão hòa ở từ trường 0.5 T đến 1 T,
kết quả nảy hoàn toàn phù hợp với tính chất của một vật liệu sắt từ. Khi từ trường
ngoài tăng lên thì độ từ hóa tăng lên và sau đó đạt đến trạng thái bão hòa. Điều cần lưu ý ở đây là hình dạng phô MCD đo ở các từ trường khác nhau là giống nhau. Dé dé so sánh về hình dạng phô, phô MCD của các mẫu do ở các tử trường khác nhau được chuẩn hóa (normalized) về cùng một cường độ. Các phỏ MCD được chuẩn
hóa bằng cách lay cường độ MCD toàn phô chia cho cường độ MCD tại đỉnh phô EF;
= 1,9 eV, nơi có cường độ mạnh nhất, dé có giá trị chuẩn hóa là 1.
Hình 3.6 cho thay phô MCD của các mẫu đo ở các từ trường khác nhau sau khi đã được chuẩn hóa, các phô MCD gần như chồng khớp với nhau và cho thay chúng có cùng một hình dạng, điều này đông nghĩa với việc bên trong các mẫu chi có chứa một pha sat tir duy nhất của (In.Fe)Sb mà không trộn lẫn bat kì pha sắt từ của một tap chat nào khác. Vì nếu có hai hoặc ba pha sắt từ bên trong mẫu thì các pha này có độ
từ hóa ă khác nhau vả phụ thuộc theo các cách khác nhau vào từ trường ngoài. Tuy
nhiên điều này không được quan sát thấy trên phô MCD đo ở các từ trường khác
42
nhau. Vì vậy có thê kết luận các mẫu bán dẫn từ (In,Fe)Sb đã được chế tạo thành công, bên trong mẫu chỉ có một pha sắt từ duy nhất (single-phase) của vật liệu bán
dân từ (In,Fe)Sb.