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Co_2FeSiHeusler化合物薄膜和Co_2FeSi-Al_2O_3颗粒膜的电子输运性质

作　者: 秦珠
导　师: 李志青
学　校: 天津大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 反常霍尔效应 颗粒膜 电子输运性质 标度关系
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


我们使用射频磁控溅射仪器,通过改变基底温度,采用单靶溅射方法制备不同结晶程度的C02FeSi化合物薄膜；用共溅射方法在玻璃基底上制备不同金属体积分数的C02FeSi—A1203颗粒膜。并且对样品的结构、反常霍尔电阻率、低磁场霍尔灵敏度及纵向电阻率同温度的关系进行了系统研究。结构分析显示,C02FeSi化合物薄膜在一定基底温度(Ts=853,843,813,743,723,693,673K)下以A2型无序结构存在,对于基底温度为873K的样品以L21和B2结构存在,(C02FeSi)x(A1203)1-x颗粒膜(x=1样品对应室温沉积的Co2FeSi薄膜)样品均呈非晶状态。颗粒膜体系呈现纳米尺度的C02FeSi金属颗粒均匀分布在非晶态的Al2O3母体中,呈现非常好的纳米颗粒薄膜结构,并且当金属体积分数x减小时,金属颗粒尺寸呈减小趋势。电阻率结果显示,室温沉积的Co2FeSi薄膜显示非金属特性,而在高温下沉积的薄膜样品呈现金属特性。根据三维经典逾渗理论确定(C02FeSi)x(A1203)1-x颗粒膜体系的经典逾渗阈值Xc～0.48。对不同结晶程度的C02FeSi化合物薄膜样品,反常霍尔电阻率ρAS与纵向电阻率ρxx之间满足标度关系ρAs∝ρxxn,但是标度指数n大于2；而室温下制备的(C02FeSi)x(A1203)1-x颗粒膜(0.58≤x≤1)样品的反常霍尔电阻率ρAS与纵向电阻率ρxx之间呈非线性关系,即不满足标度关系ρAs∝ρxxn当x从1减小到0.67时,ρxx增加～25倍,而ρAS的增加值要小于50%,这些数据表明纵向电阻率和反常霍尔电阻率是由不同输运机制掌控的,所以(C02FeSi)x(A1203)1-x颗粒膜样品的纵向电阻率和反常霍尔电阻率间不满足标度关系。低磁场霍尔灵敏度的计算结果显示,不同结晶程度的C02FeSi化合物薄膜的低磁场霍尔灵敏度KH对温度的敏感性都比较弱。对(C02FeSi)x(A1203)1-x颗粒薄膜体系而言,x=0.6和x=0.65这两个样品在75-300K温度范围内KH值几乎不发生改变,同时KH值比霍尔器件Si或Ge的灵敏度高,所以类似这样的样品可望成为高灵敏度低磁场霍尔器件的候选材料。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 前言  9-30
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 霍尔效应  10-20
    1.2.1 正常霍尔效应  10-11
    1.2.2 反常霍尔效应  11-12
    1.2.3 AHE 理论机制的研究历史  12-20
      1.2.3.1 KL 理论  12-13
      1.2.3.2 斜散射机制  13-15
      1.2.3.3 边跳机制  15-16
      1.2.3.4 Berry 相理论  16-17
      1.2.3.5 平均自由程（MFP）理论  17-18
      1.2.3.6 颗粒膜体系中的 AHE 理论  18-20
  1.3 铁磁性金属-绝缘体颗粒膜  20-25
    1.3.1 铁磁性金属-绝缘体颗粒膜体系的隧穿模型  21
    1.3.2 金属-绝缘体颗粒膜的逾渗理论  21-25
      1.3.2.1 经典逾渗理论  22-23
      1.3.2.2 逾渗阈值的确定  23-25
  1.4 半金属磁性材料  25-28
    1.4.1 半金属材料简介  25-27
    1.4.2 Heusler 半金属材料  27-28
  1.5 本论文选题及工作重点  28-30
第二章 样品的制备与表征  30-37
  2.1 样品的制备  30-32
    2.1.1 射频磁控溅射系统的基本原理  30-31
    2.1.2 薄膜的制备过程  31-32
  2.2 样品的微观结构表征手段  32-35
    2.2.1 X 射线衍射（XRD）  32
    2.2.2 场发射透射电子显微镜（TEM）  32-33
    2.2.3 选区电子衍射（SAED）  33-35
    2.2.4 表面形貌测量仪  35
  2.3 薄膜样品的物性测量  35-37
    2.3.1 样品电子输运性质的测量  35
    2.3.2 样品磁性质的测量  35-37
第三章 Co_2FeSi Heusler化合物薄膜的电子输运性质研究  37-54
  3.1 样品结构的测量与表征  37-39
    3.1.1 XRD 结果分析与讨论  37-39
    3.1.2 EDX 结果分析与讨论  39
  3.2 Co_2FeSi化合物薄膜的电子输运性质  39-52
    3.2.1 电阻率的测量结果与分析  39-42
    3.2.2 霍尔效应的测量结果与分析  42-45
    3.2.3 正常霍尔系数的结果与分析  45
    3.2.4 反常霍尔系数的结果与分析  45-47
    3.2.5 低磁场霍尔灵敏度  47-49
    3.2.6 Co_2FeSi化合物薄膜的磁性质测量结果  49
    3.2.7 反常霍尔电阻率同纵向电阻率之间的标度关系  49-52
  3.3 本章小结  52-54
第四章 Co_2FeSi-Al_2O_3颗粒薄膜的电子输运性质研究  54-76
  4.1 金属体积分数的确定  54-55
  4.2 样品结构的测量与表征  55-57
    4.2.1 XRD 结构分析与讨论  55-56
    4.2.2 TEM 结果分析与讨论  56-57
    4.2.3 SAED 分析结果与讨论  57
  4.3 Co_2FeSi-Al_2O_3颗粒膜的电子输运性质  57-74
    4.3.1 电阻率的测量结果与分析  58-60
    4.3.2 逾渗阈值xc的确定  60-62
    4.3.3 霍尔效应的测量结果与分析  62-65
    4.3.4 正常霍尔系数的结果与分析  65-67
    4.3.5 反常霍尔系数的结果与分析  67-68
    4.3.6 低磁场霍尔灵敏度  68-70
    4.3.7 磁性质测量结果与分析  70-72
    4.3.8 反常霍尔电阻率同纵向电阻率之间的标度关系  72-74
  4.4 本章小结  74-76
第五章 结论  76-77
参考文献  77-88
硕士在读期间已发表和已完成的论文  88-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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