Mn 掺杂 SiC 基稀磁半导体薄膜的结构和磁性研究

目的从原子水平探究Mn掺杂SiC薄膜的磁性起源。方法采用射频磁控溅射技术制备不同掺杂浓度的Mn掺杂SiC薄膜,并采用X射线衍射技术、X光电子能谱、同步辐射X射线近边吸收精细结构技术、物理性质测试系统对薄膜的结构、组分和磁性能进行研究。结果晶体结构和成分分析表明,1200℃退火后的薄膜形成了3C-SiC晶体结构,且随着Mn掺杂浓度的增加,3C-SiC晶体的特征峰向低角度移动。在Mn掺杂浓度(以原子数分数计)为3%,5%,7%的薄膜中,掺杂的Mn原子以Mn2+的形式存在;而在9%Mn掺杂的SiC薄膜中,则有第二相化合物Mn4Si7形成。局域结构分析表明,薄膜中均不存在Mn金属团簇和氧化物,在3%,5%和7%Mn掺杂的薄膜中,掺杂的Mn原子主要以代替C位的形式进入3C-SiC晶格中,而在9%Mn掺杂的薄膜中,掺杂的Mn原子以C替位形式和Mn4Si7共存。磁性测试表明,制备的Mn掺杂SiC薄膜具有室温铁磁性,且饱和磁化强度随着Mn掺杂浓度的提高而增加。结论薄膜的室温铁磁性是本征的,磁性来源与掺杂的Mn原子以Mn2+取代SiC晶格中C位后导致的缺陷有关,符合缺陷导致的束缚磁极子机制。