~ 15 2 25 3 35 4 46 5
5Fo
E02
lai 0.4—
= -0.6
= -08
Ễ ‹12me +
© Năng lượng photon (eV)
c)A3
# 15 2 25 3 35 4 45 5
E 0
a 02
QG:04
“ -0.6
S08©, 0.
6-12
Nang lượng photon (eV)
d) A4
26 3 355 4 45 5
=a on Nm
Cường độ MCD (mdeg) ằ ::-- hề ~- Œœ Ơ +> h â
Năng lượng photon (eV)
Hình 3.6 (a) — (d) Phố MCD tương ứng của các mẫu (In,Fe)Sb (A1-A4) đo ở SK dưới
các từ trường khác nhau 0.2T, 0.5T và 1T sau khi đã được chuẩn hóa.
40
3.3 Sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie của mang mửng (In,Fe)Sb theo nhiệt độ chế
tạo
Hình 3.7 thê hiện sự phụ thuộc của cường độ MCD theo từ trường H (đồ thị MCD
— H) của các mau Al, A2, A3, A4 đo ở các nhiệt độ khác nhau từ 5K đến 300K. O đây cường độ MCD được đo ở năng lượng photon 2eV (tương ứng với đỉnh phô E¡ trên quang phô MCD), từ trường được thay đôi từ -LT đến IT. Trên hình 3.7, chúng ta có thé thay đồ thị MCD - H tất cả các mẫu ở nhiệt độ thấp như 5K đêu có đồ thị dạng đường cong kín và có từ du (remanent magnetization) khi từ trường được loại bỏ (H = 0). Điều này cho thay sự hiện diện của trật tự sắt từ có trong mẫu khi ở nhiệt độ thấp, và các đồ thị này thé hiện đường cong từ trễ của bán dẫn từ (In,Fe)Sb trong mẫu. Khi tăng dan nhiệt độ thì từ dư giảm dân, đồng thời các đường cong từ trễ này dân dần thăng ra và tuyến tính hoàn toàn ở nhiệt độ 300K, cho thấy các mẫu đều ở trạng thái thuận từ ở 300K. Điều này cho thấy trong mau chỉ có mỗi bán dan từ (In,Fe)Sb và không có chứa các tạp chất khác như cụm nano của sắt hoặc hợp chất của Fe, bởi vì các hợp chất này thường có nhiệt độ Curie rất cao và từ tính rất mạnh do đó chúng thường thẻ hiện từ tính
(cụ thê là đường cong từ hóa) kê cả ở nhiệt độ 300K.
41
a) MCD-H (AI) b) MCD-H (A2)
iaS S%
8 S
Cường độ MCD (mdeg) S$ e Cường độ MCD (mdeg) oe cc
120
-0.5 0 0.5 -0. 0
Cường độ từ trường H (T) Cường độ từ trường H (T)
c) MCD-H (A3) ^ d) MCD-H (A4)
120 2
S
¿=) &©
Cường độ MCD (mdeg) ©
-120 ' _ 2
-0.5 0 0.5 -0.S 0 0.5
Cường độ từ trường H (T) Cường độ từ trường H (T)
Hình 3.7 Đồ thị thé hiện sự phụ thuộc cúa cường độ MCD theo từ trường cúa các mẫu Al, A2, A3. A4. theo thứ tự được đo ở các nhiệt độ khác nhau từ SK đến 300K.
Đề xác định nhiệt độ Curie của các mẫu (In,Fe)Sb, phương pháp vẽ đồ thị Arrott
plot đã được sử dụng trong dé tài này. Hình 3.8 thê hiện Arrott plot tương ứng của các đồ thị MCD-H trong hình 3.7. Những đường thăng được vẽ tiếp tuyến với phan bão hòa trên đô 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 bảng | và vẽ theo một hàm của nhiệt độ
chế tạo Taé trên hình 3.9.
Trên hình 3.9, kết quả Arrott plot cho thay các mẫu Al (Tag = 210°C) và A2 (Ta = 230°C) có nhiệt độ Curie tương đối thấp lần lượt là 50K và 80K. Kết quả này khá phù hợp với kết quả ảnh nhiễu xạ RHEED thu được của hai mẫu này. Như đã đẻ cập ở phần 3.1 ảnh RHEED của mẫu AI (hình 3.3b) và mẫu A2 (hình 3.3c) ảnh RHEED hơi tối va có dang các điểm sáng trên nén các đường thăng mờ, chứng tỏ hình thái bề mặt mang không đông đều và chat lượng tinh thê có thé bị kém đi khi chế tạo ở nhiệt độ thấp, vì vậy tính chất từ yếu đi hay nhiệt độ Curie giảm xuống. Điều này có thé là do nhiệt độ chế tạo ở các mẫu này khá thấp dẫn đến năng lượng nhiệt cung cấp không đủ dé các nguyên tử Fe liên kết thay thé vào mang tinh thé của InSb. Trong khi đó. đối với các mẫu chế tạo ở nhiệt độ cao hơn như A3 (Tes = 250°C) và A4 (Tas = 270°C) có nhiệt độ Curie cao hon lần lượt là 210K va 110K, điều này phù hợp với kết quả thu được từ anh nhiễu xạ RHEED của hai mẫu này. Ảnh nhiễu xạ RHEED của hai mẫu này cho thấy cầu trúc màng đồng đều băng phăng và chất lượng tinh thẻ tốt vì vậy tính chất từ được cải thiện tốt hơn, nhiệt độ Curie cao hơn. Điều này có thê là do khi nhiệt độ để cao hơn năng
lượng nhiệt cung cấp cho các phân tử lớn hơn, đo đó các nguyên tử Fe dé thay thé vào trong mạng tinh thé của InSb hơn.
Kết quả từ hình 3.9 cũng cho thấy là nhiệt độ Curie của các mẫu (In,Fe)Sb dat cao nhất khi chế tạo ở nhiệt độ dé Tag = 250°C. Mẫu A3 chế tạo ở nhiệt độ này có nhiệt độ Curie là 210K, kết quả này khá phù hợp với kết quả báo cáo gần đây của nhóm nghiên cứu trên Applied Physics Express năm 2018,‘ trong đó mẫu (In,Fe)Sb pha tạp 11%Fe chế tạo ở cùng nhiệt độ Ty: = 250°C có nhiệt độ Curie là 200K. Từ đây có thé rút ra kết luận nhiệt độ 250°C là nhiệt độ tối ưu và phù hợp nhất dé chế tạo màng mỏng (In,Fe)Sb bằng phương pháp epitaxy chùm phân tw.
43
2
=
“
0.004 0.009 0.014
IUMCD (T/mdeg)
b) A2 SK
30000
Ye2s000 T. =80K 30K
c~ 80K
Ỹ 20000
=
a 15000 90K
S 10000 100K
sais 150K
9 `...
0 0,008 0,008 0.012 0.016
H/MCD (T/mdeg)
c-2) A3 $K T„ = 210K =
100K
150K
⁄ 200K
⁄ 210K
0 0 220K
0 OMS 001 9015 9 O91 0092 0.03
IUMCD (T/mdeg) H/MCD (T/mdeg)
16000 “4 A4
se fe = 10K %
Sự 12000 - E 10000 SOK
^ 8000 100K
m5 LI0K
“ 4000
2000 150K
0
0.014
HMCD (T/mdeg)
Hình 3.8 (a) - (đ) D6 thị Arrott plot của 4 mẫu (In,Fe)Sb theo thứ tự từ Al — A4 chế tạo ở các nhiệt độ khác nhau lần lượt 210°C, 230°C, 250°C, va 270°C.
44
250 * tu et ai, Appl. 210
si Phys. Exp (2018)
Z 150
= 100
50
0
200 220 240 260 280
Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa nhiệt độ Curie 7c theo nhiệt độ chế tao
mau Tyé.x ”
45
CHƯƠNG 4. KET LUẬN
4.1 Kết luận
Đề tài đã tiến hành phân tích kết quả đo đạc thực nghiệm của các mẫu vật liệu bán dan từ (In,Fe)Sb được chế tạo ở các nhiệt độ khác nhau bằng phương pháp epitaxy chùm 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 phan xạ năng lượng cao RHEED; tính chất quang-từ (magneto-optical) và nhiệt độ Curic của vật liệu (In,Fe)Sb được xác định bằng 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 thay màng mỏng (In.Fe)Sb đã được chế tạo thành công và giữ được cấu trúc tinh thé dạng zine-blende của bán dẫn nên InSb, không hình thành bắt kì các tạp chất hay phase khác nào trong mẫu. Tuy nhiên kết quả
khảo sát cho thay hình thái bề mặt và tính chat từ của màng mỏng (In,Fe)Sb phụ thuộc vào nhiệt độ chế tạo. Ở nhiệt độ chế tạo thấp như 210 — 230°C, hình thái bề mặt màng không đồng đều, hình thành các ốc đảo có dạng gồ ghé theo ba chiều (3D) và nhiệt độ Curie cũng của màng mỏng (In,Fe)Sb tương đối thấp từ 50 — 80K. Còn đối với nhiệt độ chế tao từ 250 — 270°C, hình thái bề mặt màng mỏng (In.Fe)Sb tốt hon, có dạng bằng phăng theo dạng hai chiều (2D) và nhiệt độ Curie cũng cao hơn từ 110 — 210K.
- Kết quả phân tích phô MCD cho thấy các màng bán dẫn 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 mau, nhiệt độ Curie cao nhất là 210K thu được khi chế tạo ở nhiệt độ 250°C cho thấy đây là nhiệt độ tối ưu đẻ chế tạo màng mỏng (In,Fe)Sb.
4.2 Hướng phát triển của đề tài
Trong dé tài này tác giả đã thực hiện việc khảo sát sự phụ thuộc của tinh chat từ của màng mỏng (In,Fe)Sb theo nhiệt độ chế tạo. Tuy nhiên. do giới hạn vẻ thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp chính vì vậy còn nhiều các thông số khác ánh hưởng đến tính chat từ của màng mỏng (In,Fe)Sb như độ dày 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
4ó
phát triển của đề tài của nhóm nghiên cứu trong thời gian sắp tới nhằm cải thiện nhiệt
độ Curie, tang độ từ hóa của vật liệu (In,Fe)Sb.
47