Nghiên cứu sự phụ thuộc nhiệt độ chế tạo vào tính chất từ của vật liệu bán dẫn từ InFeSb

• Tác giả: Nguyễn Bình An
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Tú
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý
• Đề tài: 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
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH
• 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN TỪ
• 1.1. Điện tử học spin (spintronics)
• 1.2. Vật liệu bán dẫn từ (ferromagnetic semiconductors - FMSs)
• 1.2.1. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn từ
• 1.2.2. Vật liệu bán dẫn từ pha tạp Mn và hạn chế của nó
• 1.2.3. Vật liệu bán dẫn từ pha tạp sắt
• 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MÀNG MỎNG (In,Fe)Sb
• 2.1. Phương pháp Epitaxy chùm phân tử (molecular beam epitaxy - MBE)
• 2.2. Phương pháp kiểm tra chất lượng bề mặt của màng mỏng
• 2.3. Quang phổ lưỡng sắc tròn (magnetic circular dichroism spectra - MCD)
• 2.4. Xác định nhiệt độ Curie bằng phương pháp vẽ Arrott plot
• 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Các thông số của mẫu nghiên cứu
• 3.2. Khảo sát hình thái bề mặt và cấu trúc tinh thể của màng mỏng (In,Fe)Sb
• 3.3. Khảo sát tính chất quang-từ (magneto-optical) của màng mỏng (In,Fe)Sb
• 3.4. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo

Nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo lên tính chất từ của vật liệu bán dẫn từ InFeSb. Các mẫu được chế tạo ở nhiệt độ từ 210°C đến 270°C, với mục tiêu tìm ra nhiệt độ tối ưu để đạt được tính chất từ tốt nhất. Phương pháp epitaxy chùm phân tử (MBE) được sử dụng để tạo màng mỏng, đảm bảo độ đồng nhất và chất lượng cấu trúc. Kết quả cho thấy nhiệt độ chế tạo ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc tinh thể và tính chất từ của vật liệu.

1.1. Phương pháp chế tạo và phân tích

Phương pháp MBE được áp dụng để chế tạo màng mỏng InFeSb, với các thông số nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ. Các mẫu được phân tích bằng quang phổ lưỡng sắc tròn (MCD) và nhiễu xạ electron phản xạ năng lượng cao (RHEED) để đánh giá cấu trúc và tính chất từ. Kết quả cho thấy sự thay đổi nhiệt độ chế tạo dẫn đến sự biến đổi trong cấu trúc tinh thể và độ từ hóa của vật liệu.

1.2. Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất từ

Nhiệt độ chế tạo cao hơn (270°C) cho thấy sự cải thiện đáng kể về tính chất từ, với độ từ hóa cao hơn và nhiệt độ Curie tăng lên. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao cũng có thể dẫn đến sự hình thành các pha không mong muốn, làm giảm chất lượng vật liệu. Nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ 250°C là tối ưu để cân bằng giữa tính chất từ và độ ổn định cấu trúc.

II. Tính chất từ của vật liệu bán dẫn từ InFeSb

Vật liệu InFeSb được nghiên cứu nhờ khả năng kết hợp tính chất bán dẫn và tính chất từ, mở ra tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực spintronics. Nghiên cứu tập trung vào việc đo lường độ từ hóa và nhiệt độ Curie của các mẫu, sử dụng phương pháp Arrott plot. Kết quả cho thấy InFeSb có nhiệt độ Curie lên đến 385K, cao nhất trong các vật liệu bán dẫn từ nhóm III-V được báo cáo đến nay.

2.1. Độ từ hóa và nhiệt độ Curie

Độ từ hóa của InFeSb được đo lường bằng phương pháp MCD và Arrott plot, cho thấy sự phụ thuộc mạnh mẽ vào nhiệt độ chế tạo. Nhiệt độ Curie cao nhất đạt được là 385K, vượt trội so với các vật liệu bán dẫn từ khác như (Ga,Mn)As. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử hoạt động ở nhiệt độ phòng.

2.2. Ứng dụng trong spintronics

Với tính chất điện từ độc đáo, InFeSb có tiềm năng lớn trong lĩnh vực spintronics, đặc biệt là các thiết bị như spin-transistor và MRAM. Khả năng điều khiển tính chất từ bằng điện trường hoặc dòng điện làm cho vật liệu này trở thành ứng cử viên sáng giá cho các thiết bị điện tử thế hệ mới, tiết kiệm năng lượng và hiệu suất cao.

III. Phương pháp phân tích và kết quả

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích tiên tiến như MCD, RHEED, và Arrott plot để đánh giá tính chất vật liệu của InFeSb. Các kết quả cho thấy sự phụ thuộc rõ rệt của tính chất từ vào nhiệt độ chế tạo, đồng thời xác định được nhiệt độ tối ưu để chế tạo vật liệu với tính chất từ tốt nhất.

3.1. Phân tích cấu trúc tinh thể

Phương pháp RHEED được sử dụng để phân tích cấu trúc tinh thể của các màng mỏng InFeSb. Kết quả cho thấy sự thay đổi nhiệt độ chế tạo ảnh hưởng đến độ đồng nhất và chất lượng cấu trúc tinh thể, từ đó tác động đến tính chất từ của vật liệu.

3.2. Đánh giá tính chất quang từ

Phương pháp MCD được áp dụng để đánh giá tính chất quang-từ của InFeSb. Kết quả cho thấy sự tăng cường độ từ hóa ở các peak quang phổ, phản ánh sự ảnh hưởng của nhiệt độ chế tạo lên tính chất từ của vật liệu.