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
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Nguyễn Bình An
KHÓA 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
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................... 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH .......................................................................... 2
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN TỪ ................................................ 8
1.1. Điện tử học spin (spintronics) ....................................................................................... 8
1.2. Vật liệu bán dẫn từ (ferromagnetic semiconductors - FMSs) ................................. 12
1.2.1. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn từ. ........................................................................ 12
1.2.2. Vật liệu bán dẫn từ pha tạp Mn và hạn chế của nó ........................................... 14
1.2.3. Vật liệu bán dẫn từ pha tạp sắt ........................................................................... 17
CHƯƠNG 2. 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 của màng mỏng .................................... 25
2.3. Quang phổ lưỡng sắc tròn (magnetic circular dichroism spectra - MCD) ............ 28
2.4. Xác định nhiệt độ Curie bằng phương pháp vẽ Arrott plot .................................... 31
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................................ 32
3.1. Các thông số của mẫu nghiên cứu: ............................................................................ 32
3.2. Khảo sát hình thái bề mặt và cấu trúc tinh thể của màng mỏng (In,Fe)Sb ........... 34
3.3. Khảo sát tính chất quang-từ (magneto-optical) của màng mỏng (In,Fe)Sb ........... 36
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ...................................................................................................... 46
4.1 Kết luận ......................................................................................................................... 46
4.2 Hướng phát triển của đề tài ......................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 48
1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
(Theo thứ tự bảng chữ cái)
Ch vit tt
Nội dung
FMS
Ferromagnetic semiconductor – Bán dẫn từ
MBE
Molecular-beam epitaxy: Epitaxy chùm phân tử
MCD
Magnetic circular dichroism - Lưỡng sc tròn từ tính
RHEED
Reflection high-energy electron diffraction - Nhiễu xạ electron phản
xạ năng lượng cao
GMR
Giant magnetoresistance effect - Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ
TMR
Tunnel magnetoresistance effect - Hiệu ứng từ điện trở chui hầm
2
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH
Số thứ tự
Tên bảng
Trang
Bảng 3.1
Thông số các mẫu bán dẫn từ (In,Fe)Sb trong đề tài. Các mẫu
(In1-x,Fex)Sb từ A0 đn A4 với nhiệt độ đ từ 2100C đn
2700C, trong đó mẫu A0 là mẫu InSb đối chiu.
33
Số thứ tự
Tên hình
Trang
Hình 1.1
Định luật Moore cho thấy dự đoán tốc độ tăng số lượng
transistor trên một đơn vị diện tích theo thời gian. (Nguồn
Intel.com)
8
Hình 1.2
Minh họa lĩnh vực spintronic ứng dụng cả tính chất điện và từ
của electron.
9
Hình 1.3
(a) Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ. (b) Hiệu ứng từ điện trở
chui hầm.
10
Hình 1.4
Cách ghi d liệu của các loại MRAM. (a) MRAM đảo bằng từ
trường (b) MRAM đảo bằng dòng phân cực spin. (Nguồn:
Wikipedia.com)
12
Hình 1.5
Minh họa sự tạo thành vật liệu bán dẫn từ.
13
Hình 1.6
Sự phụ thuộc của độ từ hóa M theo từ trường của màng mỏng
(Ga,Mn)As có nồng độ 3.5%Mn ở 5K. Hình bên trong biễu
diễn độ từ dư theo nhiệt độ của mẫu này.
15
Hình 1.7
Quang phổ MCD của các màng mỏng (Ga,Mn)As với nồng
độ pha tạp 0.5% và 7.4%Mn.
15
Hình 1.8
Điều khiển tính chất từ bằng dòng điện trên (In,Mn)As. Trong
đó RHall là điện trở Hall phụ thuộc vào độ từ hóa M.
16