ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN
sỊc :|; :Ị:
CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN cứ u TÍNH CHẤT CÁC MÀNG
MONG BÁN DẨN TỪ VÙNG CÂM RỘNG DÙNG TRONG
LINH KIỆN SPINTRONIC
MẢ SỐ: QG 06-03
CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI :
PGS.TS. Phạm Hổng Quang
CÁC CÁN BỘ THAM GIA:
GS.TS. Nguyễn Huy Sinh
Th.s. Trần Quang Hung
Th.s. Trần Hoài Thanh
Tli.s. Vũ Xuân Phúc
TS. Nsô Xuân Đại
NCVC. Trần Đình Thọ

—

•Ja : học QUÔC gia hả NÓ!
RUNG TÂM THÕNG TIN THIJ VIỀN
i _ ĩ > r _ /. ____________
HẢ NỘI - 2008
A. Báo cáo tóm tat
a. Tên đề tài (hoặc dụ án), mã sỏ:
C hế tạo và nghiên cứu tính chát các màng mỏng hán dẫn từ vùng câm
rộng dùng trong linh kiện spintronics.
Mã số: QG 06-03
b. Chủ trì đé tài: PGS.TS. Phạm Hồng Quang
c. Các cán bộ tham gia:
GS.TS. Nguyễn Huy Sinh

tương ứng chi vài phấn trăm imuyén tứ pha lạp 1 ixS ihành sãI lừ. Nguyón nhãn
được cho là do nồnsi độ hạt lái còn tháp liên quan ctên độ rộntĩ rát lớn cua
vùim câm.
Độ rộng vùng cấm. một thông số quan trọng của vật liệu đã được xác
định qua phép đo hấp thụ quans học. Sự thay đổi cua độ rộng vùng cấm theo
nồng độ pha tạp cũng như các điều kiện chế tạo đã được kháo sút. Kết quả
cho thấy độ rộng vùng cấm liên quan chạt chẽ đến mật độ trạng thái của các
mức tạp, thể hiện qua sự giảm của độ rộng vùng cấm theo sụ tăng của nồng
độ tạp và sự lăng của độ rộng vùng cấm khi chất lượng mẫu được cài thiện.
Kết quả phép đo điện trở như một hàm cúa nhiệt độ cho thấy mẫu đơn
pha có dặc trưng bán dẫn. Khi nồng độ vượt quá giá trị eiới hạn đơn pha, tính
dẫn bắt đầu chuyên sang kim loại do sự tham gia của các đám Cr hoặc Mn.
Giá trị năng lượng hoạt, năng lượng cần ihiết đê’ điện lú nháy lừ vùng hoú trị
lên mức lạp đã được rút ra từ phép làm khớp dườns phụ thuộc nhiệt độ của
diện trở. Giá trị năng lượn lì hoạt cũns được quan sál lliấy chịu ánh hưởng
mạnh của các yếu tố tác dộng đến chất lượnc mầu.
Các kết quá khoa học đã dược CÔ112, bó tron a 05 bài báo. trong đó có
02 bài báo quốc tế
- Kết quả ứng dụng:
Đã dưa ra diều kiện tối ưu cho việc chế tạo một sỏ vật liệu mùng mỏng
bán dẫn từ. Các mầu chế tạo đã thể hiện tính bán dẫn và tính sắt từ với nhiệt
độ Curia cao. có thê thử nghiệm chê tạo linh kiện spintronics.
- Két quả về đào tạo:
Sỏ cứ nhân dược đào tạo none khuôn khổ để lài: 03
Số thạc SV dược đào tạo liên quan đến đe tài: 02
- Kết quà vé tăns cườnạ tiềm lực cho đơn vị:
Đã xây dựng hệ đo diện trờ và hệ do Hall với kỹ lliuặt (lu xoay chiêu
có độ nhậy và độ tin cậy cao.
f. Tình hình kinh phí của để tài.
Kinh phí dược cấp: năm 2006 là 40 triệu đồn 11 và năm 2007 là 20 triệu đổng,

and RF. namely Cl - and Mn- doped AIN films. We have chanced the dopina
concentration and growth conditions and have used different substrates. We
have studied properties of samples bv a number of expcrimcnlal techniques.
Crystalline structure and quality of samples have been determined by
X-ray and Aimer spectrometer. The results indicate that ihe samples arc
single phase with hexagonal structure if the doping concentration is below
about 10 percents.
We have successfully created ihc ferromatinetic state in materials bv
introducins Cl and Mn elements into host materials. The ferromagnetic stale
was observed at the temperature up to 470 K. a record value. However, the
value of magnetization is slill low. corresponding to a lew perccnl of
impurity atoms beinc fcnomagnciic. Ill is problem can he attri billed lo ihc
low concenlration of carrier which relates lo ihc wide hand gap
characteristics.
The band sap. one of the most imporlanl parameters of materials has
been determined by optical absorption measurement. The dependence ol
band gap on the doping concentration and growth conditions has been
studied. It was shown that the band sap has a strong relation with ihe density
of state at the impurity bands, indicating the narrowing of the band gap with
the increasing of doping concentration and the broadening with the
increasing of sample quality.
The temperature dependence of resistance shows lhat the single phase
samples exhibit a semiconducting characteristics. In ihe samples which have
the doping concentration exceeds the limitation, the conductive property
becomes metallic type due to the role of Cr 01' Mn clusters. The activation
energy has been derived from the fittine, method for the temperature
dependence of resistivity. The values of activation enerạy are also sensitive
with all factors effecting, on the quality of sample.
The scientific results have been reported in 05 paper, among them 02
ones are in International Conference or journal.

3.2 Ket quả và thảo luận
3.2.1 Các mầu chế tạo bang phún xạ một chiều
3.2.1.ỉ Thành phần và cấu trúc tinh thể
3.2.1.2 Tính chất từ
3.2.1.3 Tính chât quans, và độ rộns vùng cấm
3.2.1.4 Điện trỏ' và năng, lượng hoạt
3.2.2 Các mâu chê tạo băne. phún xạ xoay chiêu
4. Kết luận
5. Tài liệu tham kháo
2. Mỏ đầu
Kỹ thuật điện lử thônu thường khai thác đặc trưnu vé điện tích của các
hạt lải điện bans cách khốns chế và điều khiển hưóìiii cũns như độ lớn của
các dòng hạt lái. Các nhà khoa học và công nahệ đã không neừim sáns tạo.
phát triển các công nạhệ tiên liến nhằm tạo ra các linh kiện và ihiếl bị với
các chức năng ngày càng phức tạp và tốc độ hoạt động no ày càng nhanh. Bên
cạnh đó các kỹ thuậl lổn 2 hợp vật liệu cũnc. phát triên nhanh chóna. tronc dó
công nghệ chế tạo màng mỏng đang ngày càns dược quan tâm đặc biệt bởi
nhũng tính chất quý báu và khá nãn° cúa các màn2, mỏns tron 11 việc ihu nhó
kích thước linh kiện điện tử. Tuy nhiên, kỹ thuật điện tủ' theme ill ườn» ihế
hiện íiới hạn của nó tron" các linh kiện có kích thước nano mà ở dó no ười ta
phái tính đốn sự xuâì hiện của các hiệu ứne lượn2 tử. Vì vậy cán có một cuộc
cách mạng khoa học và cỏns nghệ tro 112, lĩnh N ực này nhằm đem lại cho nó
nhũng kha nãna mới. Nhiều phát minh gần dây về hiệu ihm lừ trỏ' khổnu lổ
đã dẫn đến nhữna ý tưởng mới về sự kết hợp các đặc tính điện tích và dặc
tính spin (từ lính) của các hại lái trong các linh kiện điện lu ( spintronic).
Tron2 vật liệu kim loại và họp kim, đó là các bộ nhó' MRAM
(Masnetoresistivc Random Access Memory) \ói đặc tính khóna tự xoá khi
không có nguồn nuôi. Việc khống chế và diều khiên (lòng các hạt tái có spin
phân cực trong các linh kiện bán dần đang là mục tiêu và nội dung cùa một
kỹ thuật diện tử mới, gọi là kỹ thuật điện tứ spin bán dẫn (hay kỹ thuật diện

pháp epitaxy chùm phân tử. Khó khăn chuim hiện nay là việc tạo nên trạng
thái sắt lừ với một aiá trị khả dĩ cùa từ độ. Các nghiên cửu thực nghiệm trôn
loại vật liệu này đana được nhiều nhóm thục hiện theo hưóng nâng cao
phàm chắt mầu để đáp ứn<z tiêu chuân làm \'ật liệu clio linh kiện spintronic.
Naoài ra, mỗi phirona pháp chế tạo mầu cùnu cân có những qui trình tôi ưu.
Trona số các phirơim pháp chế tạo mầu màna mong, phương pháp phún \ạ
catốt là phironu pháp tliích họp nhất cho việc chê tạo các linh kiện.
Trên cơ sô' những vân đê đã nêu trên đây, chúne tôi đà đề xuất đề tài
nghiên cửu vói tiêu đê: “Nghiên cửu chế tạo các m àng mỏng bán dẫn từ
vùng câm rộng dung trong linh kiện s p in tr o n ic Đê tài thực hiện trong hai
năm 2006 và 2007 mang mã sô ỌG 06-03 vói mục tiêu và nội dung sau:
• Chế tạo các màng mòng bán dần từ loại A1N pha tạp Cr và Mn
băng phương pháp phún xạ cattôt một chiêu và xoay chiêu vói
nhiệt độ Curie trên nhiệt độ phòng.
• Nghiên cứu một cách hệ thốne mối liên quan giữa thành phần,
điêu kiện chê tạo và các tính chât cua vật liệu, đua ra qui trình
công nghệ tối ưu.
• Tăng cườns khả năn ti nghiên cứu của đơn vị về trình độ cán bộ
cũng như trang thiẽt bị, tăng cưònu kha năna họp tác quốc tế.
• Đê tài là cơ sờ đào tạo một sô cử nhân và thạc sỳ.
Trone quá trình thực hiện đc tài, chúne, tôi có sự hợp tác và tiiíip đõ
hiệu quả của Tnrờno, Đại học Tônu hợp Ọuổc uia Chunabuk, Hàn quốc.
3. Nội dung chính
3.1 Thực nghiệm
3.1.1 Chế tạo tù kế Hall dị thuòng dòng xoay chiều
Tro nu vật liệu từ. thế hiệu Ilall naoài phân đóníi cóp cua hiệu ứim
llall thông tlurờim (OI1E) ti lệ vói tù trưòrm nsoài, còn có dóng uóp cua
hiệu ỨIIO Hall dị thuòriLL (AHK) ti ]ệ với tù độ của mầu theo cônu thức sau:
V" = (R„ỉ/t)B± ^(RJ/í)M±
vói Ro là hệ số Hall thirờna, Rs là hệ so Hall dị thườna, / là cườna độ dònu

Chúno tôi đã đo kiêm tra một màu màn» mong sất chi có độ dây 2000
Ả tạo trên đế silic bằnu phươno, pháp phún xạ catôt và so sánh với kêt quả đo
sử dụne dụnG kĩ thuật dòng một chiều, kết qua được trình bày trên hình 2.
Chúng ta đễ dàng nhận thấy rang kết quả đo theo kỹ ihuật dòng xoay chiêu
có tỉ lệ tín hiệu/nhiễu cao hơn nhiêu so với kỹ thuật dòng một chiêu. Hơn thề
nữa, ảnh hườne cua sụ bất đối xứng mầu được xừ lý dê dàng trong k\ thuật
đo xoay chiều bàna, chúc năna, offset cùa khuêch đại lọc lựa, kêt qua là
đường cons từ trễ đo được có tính đôi xứna. Giả trị moment từ bão hòa cùa
mầu cồ 10*7 emu có thể được ước lượng qua eiá trị tù' độ bão hòa cua săt o
nhiệt độ phòng, kích thước và độ dầv cúa mẫu. Giá trị này là rất nho so vói
độ phân giải cùa một từ kế mẫu rung (VSM) thương phẩm. Như vậy, từ kế
Hall do chúng tôi xây dựng đã thê hiện khả năng vẽ lên đường cons tù trề
cùa màng mỏng từ.
li "
■ - DC
T AC
II I IniMMK ik O r I
H .2. The hiệu Iỉa ll đo băiiíỊ phiroiỉi’ pháp (/ÒI1ỊỊ một chiêu và xoay chiên trẽn
man màníỊ niÓMỊ sãt.
Chúng tôi cùna thừ nehiệm đo một mầu màníi uhi từ vuôim 2ÓC
(PMRM) mà o đỏ có sự đóne góp đána kê cua hiệu ứns Iỉall tliôns thưònu.
Trong truòim họp này, chúna tôi phai thực hiện bước loại trù đóim íióp cua
Hal] thôna thirờne. Ket qua đo trước và sau khi khử đỏna aóp cua Hall thỏiiíi
thườna được trình bàv trong hình 3.
í
1 .
1 .
■
1 ■
> l .

-

:

-

1

6 -J : c 2 •: '
.
T .llri.n uy Ikth I
If/nil 3(1 Thê hicn ỉỉoìì cua m ùnq m om ỉ H ìnlỉ 3 b The hiện A HE. cũng chinh ìii ihrùn”
từ hai lớ p có iỉónạ ịỉỏp cua cu hai loai C O I JV lù trê cua mãn
A HE rò ONE.
Thừ nghiệm khào sát từ tính cua mẫu bán dần từ do chúng tôi chế tạo
chưa cho kêt quả do từ tính của mẫu quá nhỏ và điện trở cùa mẫu quá lớn.
3.1.2 Chế tạo mẫu.
Các mâu A1N pha tạp Cr và Mn được chế tạo bans pinions pháp phún
xạ trong môi trường hoạt, o đây là khí nitơ. cấu tạo cùa hệ phún xạ catổt
được mô tả tron? hình 4.
/lìn/i 4\ S(>’ iỉõ ngin cn lý CUII lììõl hệ plỉúi]
xụ caíõì
Tron° buồna tạo mầu. đe mầu có săn mau được đặl dôi diện với bia
vói klioảns cách 5 cm. Buồnu mầu sau khi được hút chân khòns đạt mức 5 X
10‘" Torr được thổi hồn họp khí Ar và nitơ trong lúc bom chân không vân
làm việc, tạo nên một áp suất làm việc 3-6 mTorr. Ti lệ khí Ar và N: được
khao sát và cuối cùne được chọn là 2/1. Phương pháp phún xạ xoay chiêu
thườn1’ được sử dụno trona írưòns họp mau chê tạo là loại vật liệu có điện
trờ cao để tránh hiện tirợna mat plasma mà nuuvên nhàn là sụt uiàni thê íiiiìa
bia và mâu do tích điện trong quá trình phún xạ. Dưó'i tác dụna cùa điện

Khi chùm electron năng ỉượng cao chiếu vào khiển cho điện tư lóp K
bị băn ra ngoài. Điện tử lớp L] nhây vê vị trí trổng lóp K, phát ra năng lượng
làm bật điện tử khỏi lóp L23 với động năng:
KE = E|< — (E li + E1.23)
Như vậy KE phụ thuộc vào mức năng lượng K, L|, L23.
**»* Phổ kế nhiễu xạ tỉa X
Phép phân tích nhiều xạ tia X đã được sử dụng rộng rãi đê tìm hiểu
câu trúc cùa các loại vật liệu khác nhau. Hiện tượng nhiều xạ tia X có the
được mô tả theo định nghĩa phàn xạ tù' một tập hợp mặt phẳng tuân theo
điêu kiện phản xạ Bragg:
2dhk!- sin0 = n.Ằ.
trong đó d|lk| là khoảng cách giũa các mặt phẳne, mạng lân cận gần nhất có
cùng chỉ sô Miller (hkl). Giàn đồ nhiều xạ tia X cho nhữne thône, tin quan
trọng vê câu trúc cùns như xác định các hànu sô mạn2. a,b.c. So sánh tỉ
lượng tương đôi aiìra các pha, xác định các tạp chất trona mẫu. Hầnu số
mạng cua các mẫu tinh thê lục giác được xác định thông qua côn2, thức:
ỵ_Á2 AtB: - AJỈt : _ Ả: A
3 B : siIV <9, - /i, si IV 0: 4 sin (K - A2 sin2 fị
Trona đó A =h: + hk +k2, B =/". Mồi cặp đinh nhiều xạ cho phép xác
định một cặp aiá trị c và a. Nêu có nhiêu cặp uiá trị c và a. chúnu tôi lây uiá
trị trung bCác phân tích nhiễu xạ tia X được do trên máy Siemens D5005 tại
Trim li tâm khoa học vật liệu, khoa Vật lý, trườn a Dại học Khoa học tự
nhiên, ĐHỌCiHN.
♦> Phép đo từ tính
Từ tính của mẫu được đo băng hai phưong pháp là dao thoa lượn>2. lư
siêu dẫn (SỌƯID) và tù kế gradient xoay chiêu (AGM) tại Trường Đại học
Tổnu họp Chunabuk. Đây là các phươne pháp đo từ có độ nhậy cao nhất, cờ
10'"' emu. Phương pháp SỌU1D dựa trên hai hiên írnu quan trọns ià hiệu
ứno siêu dẫn và hiệu ứns Josephson. Phươna pháp AGM dựa trên tác dụ nu
lực từ xoay chiều lên mầu. Mỏ ta chi tiêt về hai loại phép đo này được trình

R |: Điện trờ chuân.
trong đó ô là điện trỏ suất, V là thế đo được, / là dòns điện, s là khoảng cách
giữa hai mũi dò, F(L/S) được gọi là hệ số chuần, tuỳ thuộc vào hình dạnG
mẫu.
Câu tạo cùa hệ đo gồm một cần mẫu được đặt trong ống thạch anh và
nổi với bơm chân không. Nhiệt độ của mầu được xác định thônu qua cặp
nhiệt điện Cu - Constatant. Tín hiệu từ cặp nhiệt điện và hiệu điện thế lối ra
được đira vào máy tính đê xử lý và vẽ đồ thị R(T).
Trong các phép đo, chúng tôi sử dụng điện trờ chuẩn R|. cờ 10' íì. Vói
các mẫu có điện trở lớn, chúng tôi sử dụng điện trờ chuẩn R| cờ 1 o6 Lì.
3.2 Kết quả và thảo luận
3.2.1 Các mẫu chế tạo bang phún xạ một chiều
♦> Thành phân và cấu trúc tinh the
Thành phẩn của mẫu được xác định bàne, phổ kế tán sắc nănii lượng
(EDS). Nồng độ Cr của một hệ mẫu Al|_
xCi\N điên hình xác định bans. phố tán sac
năna lượne (EDS) thay đôi từ 0,00 đến 0,39
tươns. ứne với sổ mâu Cr từ 0 đến 6. Trone,
khi đó nồna độ Mn trone hệ mầu Al|.xMnNN
thav đôi từ 0,00 đẽn 0,16 tương ứna sô mâu
Mn từ 0 đến 4. Các kết quá về thành phần
mẫu cho thây các nsuyên tô pha tạp Cr và
Mn thay thế cho vị trí cua Al.
Cấu trúc tinh thể của các mẫu được
khao sát ban 12, phép đo nhiễu xạ tia X
(XRD) trên các mầu đế Si đơn tinh thể
(100) hoặc thạch anh theo phương pháp sóc
tới nhỏ vói bước sóng Cu-Ka. Truong hợp pha tạp Cr, giản đô tia X cùa các
mẫu trình bày trone hình 7 cho thấy rằn a các mẫu với nò nu dộ x< 0.25 là
đon pha vói can trúc AIN lục siác, trona khi đó mẫu vói x=0,39 cỏ pha thử

x = 0 .2 5 ẳ
1 T
^ . 0 , 3 9 A
20
30
50
20
G0
70
Hình 7. ( Hán dó Ronạhcn CHU cúc mìiiỉịỊ mong
All ,(V ,N (x-().(>. 0.13, 0 25 vù 0 39) chế lạo
lri'11 (1e Si.
M ( e m u / c m 3)
0,10 T
Al Cr N
1-x X
2.0 3,0
H ( k O e )
-L-0.10
Hlnh H. Từ độ cùa các 111(111% /ÌÌÓIÌỢ /í//.vO\;Y
íx = 0.1 ỉ: 0.25 V£7 0.39) như một hàm cùa lù
tnrờiìỉỉ Iiựoìii lụi lìlìiệl ổộ phòng
Các phô nhiều xạ tia X nói chune có nhiễu nền và độ rộng đỉnh nhiễu
xạ lớn, cho thây kích thước của các hạt tinh thể khá nhò. Điều này phù họp
với kêt quả quan sát từ EDS. Quá trình xử lý nhiệt tỏ ra không hiệu qua đế
cải thiện kích thước hạt tinh thể của mẫu.
•> Tính chất từ
Từ độ của các mẫu Al|.xCi\N được đo
băng từ kẽ gradient xoay chiều (AGM) tại
nhiệt độ phòng. Hình 8 trình bày từ độ nhu

trường cộna hưởng Hr (là từ trườna ngoài khi xây ra cộng hường). Xu thê
3.0
2.8
2,6
2.4
a 1200
f z
«■ 400
1 0
ro
~ -400
T = 400 K
- J
f V -
/
/
1.0 2.0 3,0 4.0 5 .0 ,
H(kOe)
AI Cr N
0,75 0.25
100 150 200 250 300 350
T ( K )
400 450 500
Ifinli 9. Sự phụ thuộc nhiệt độ CHU lừ truân ụ
cộ)ì ụ hướng lìr cùa IIHỈÌI Hình
phụ là một vi dụ vẻ phô FAIR í/triri dang đau
hàm cùa hệ xó háp thụ theo lừ rnimiẹ
ììưnai.
chưa bão hoà của H, tại 470 K, ta cho thấy nhiệt độ Curie cua mầu này vượt
khá xa giá trị 470 K.

hiện trong hình 12a và theo nồng độ Mn được the hiện trong hình 12b. Nhận
thấy răng EK giảm khá tuyến tính theo nồng độ Cr tăno. Trong khi đó, sự
giảm cùa Eịị theo nồng độ Mn lại tuân theo hàm mũ. Ban chất cua sự khác
nhau này vẫn chưa đuợc sáng tò. Đánti chú ý là giá trị Eg= 6,2 eV của mẫu
A1N mà chúng tôi đo được hoàn toàn phù họp với kết quả của các tác iiià
khác.
Noil" dó Cr (xl
~ t I.
■ạ \ *
u
CJD •;!.
C
C ■■ »
•p-
c r-1
AI, M i N
\
c C3 '.! •>': ' j li‘j f. 1:
K>1 <onct'i-ỉr.M<v>'
Nóng độ Mil (\|
H ìn h ì 2d Đ ộ /ỵi/ỉ” vùniỉ câm và hãnự sô /lìn h I 2b Đ ộ rộiĩiỊ YÙI1ỈỊ câm nhu ìììộĩ
m ạ n i Ị c u a trụ c c n h ư m ộ t h à m C 1IÚ n õ i ỉ i Ị i ỉ ộ h à m c i i t ì n ô n g c ĩ ộ M n C1ICI c á c m â u
C r CÍUI cá c nnhi VjA' (x~ 0.() - 0. 25) ,Ư/?vV (x = 0.0-0. J36)
Chúim tôi cho răng độ rộna vùng câm xác định băng pluronu pháp hâp
thụ quang học trên đây liên quan đên sự chuyến dòi của điện tu từ đỉnh vùim
tạp (tạo bởi sự lai hoá của các quĩ đạo p-d) lên đáy vùng dẫn. Độ rộnu vùim
tạp đưọc mở rộno khi tăns nồng độ Cr hoặc Mil, kết qua là làm hẹp độ rộna
vùns cấm. Cách aiài thích của chúng tôi tuone tụ với Hashimoto và cộnụ sự
cho kết quá quan sát được vê độ rộna vùnu câm của các mẫu GaCrN. Một
côna trình lý thuyết côns bổ bởi Sato và cộnu sự vê càu trúc vùns, cua GaN

thành phần X = 0,13 nhu'112, được chế tạo tại các nhiệt độ đê khác nhau và xứ
lý nhiệt ở' các nhiệt độ khác nhau. Ket quả đo đircnm R(T) của các mầu có
nhiệt độ đế khác nhau được trình bày trono hình 14a và chế độ xử lý nhiệt
khác nhau à hình 14b. Giá trị năne luợno kích hoạt rút ra từ các đườne R(T)
đươc tônu hop ironu bàn2 1. Kêt qua cho thây aiá trị E„ ỉiiảm tlieo nhiệt độ
đế. Điều nàv chínm to nhiệt độ đẽ có vai trò rát quan Irọim troim việc tănn li
phần các nsuyên tử c r hoặc Mn thực sụ đirợc tha\- the \ ào vị trí cua AI
trono mane tinh thê. Ọuá trinh xu lý nhiệt lại tạo nên sự tăne. cua năns lượnií
. n, HOC QUỐC GIA HÁ NÒI
KỤNG TAM THQNG TiN THỰ VIÊN
Ì>T L 3 U
kích hoạt. Chúng tôi cho răng xu lý nhiệt đã loại bót các mức tạp sây boi các
sai hỏng. Kẻt quả là làm giảm sô các nguyên tử bị kích thích. Tương ứne ta
thu được giá trị Ea cao hơn.
Cuôi cùng, chúng tôi có nhận xét là các giá trị Ea đều khá lớn so với
giá trị năng lượng nhiệt ợ nhiệt độ phòng (25 meV) và đó là nmivên nhân
các mẫu đều có điện trở rất lớn.
T(K j r,K ’
(a) (b)
Iỉìn/i 14 Sự phu thuộc nhiệt độ cùa (liêu trớ (i1ã chtián hứa) cùa các man Ah,s-Mn„ / :À' với
(a) các nhiệt iỉộ đẽ khác nhan và (h) vài nhiêỉ itõ xu lý nliiệt khác nhau
Tên mẫu
T . m
K,
111)01
60 phút
300
7] mcV
111 1011
60 phút

hạt tinh thê còn hạn chê (cờ 10-15 nm, ước lượng theo côns thức Sherrer).
ố
l io i )
(001
AlCrN6p
À v V ' ‘
ị '
AlCrN4p
1 1 .
f \
AICrM2p
35-
e SB
'S
ễ 25
20-
15 -
—
o
—
o
2
- Mn “
® !
AIMnN4p
.
V' í}' ri 1 .1 ị.i
' » Hjijj ; í
AIMnN3{
1 1

■
1 - , —1

r

-

1

-

T~—
-

1

-

100000 -
«
3 min. cichinc
IOOOC .
u
1
1 min. cichinu
toccc -
— 40000 -
Y,
ỏ
'

định 2,iá trị Eỵ là 5,7 eV và 5,2 eV lân lượt cho các mẫu AlCrNlp và
AlCrN2p. Với pha tạp Mn. Ep là 6.0 eV. 5,8 eV và 5.6 eV lần lượt cho các
mầu AlMnNlp. AlMnN2p \ à AIMnN3p. Cùna cân nói thêm là phò hấp thụ
quana học cũnu được chúiiLL tỏi khảo sát trên mâu khôim pha tạp \ à cho kêi
quá En = 6,2 eV, hoàn toàn trùng với kẻt quá của các tác aià khác. Khi lăn li
nồniỉ độ Mn, độ rộnu vùnu tạp sẽ nơ 1‘ộnụ, có thêm các mức tạp cua Mn kim
loại, sổ điện tư chuven dời từ \ ùnu tạp lên vùna hỏa trị cũna tănsi. Tất cả các
hiệu ứna này cùne dần đèn một hiện tirợna là xuât hiện “cái đuôi khác
không" cua dườim a (hr) O' \ Lino, năim lượna thâp, được thâ\ rò trona trưònu
hợp mẫu AICrN4p và AlCrNóp tronc hình I 7a và AIMnNóp trên hình 1 7b.
Sự phụ thuộc nhiệt độ cùa điện trở một sỏ mâu chọn lọc dược trinh bàv
trên hình 18 a-b. Do siá trị tuvệt đôi cua điện tro' các mâu cỏ sụ khác nhau
lớn hình 18 chi có thẻ được thê hiện bănu các eiá trị tirơna đôi. Tronc sô các
mầu được chọn, ta lhâ> chi có mau AlCrN2p và AlMnN2p là thô hiện tính
bán dân, tức là điện trờ giảm theo nhiệt độ tăns, tuân theo hàm Boltzman R
exp (E(/kfíT). Giá trị năng lưọno hoạt được xác định bàng phương pháp
photon energy
Hình 17(1 Phó hâp thụ lỊiunnỊ học cho 03 Hình Ỉ7b Phô hap thụ íỊitưiĩỉỊ học cho
mẫu iỉìên hình A lC r N 2p, A ÌC r N 4p and A lM n N ỉp và A lM nSồ p .
A lc 'r\6p.
làm khóp đườne, R(T) là 0.06 eV và 0,08 eV cho các mẫu AlCrN2p vả
AICrNlp; 0,07 eV cho mẫu A]MnN2p và 0,09 eV cho mẫu AlMnNlp. Các
giá trị này khá lớn so với năna lượne, nhiệt (kHT= 0,026 eV tại 300 K). Điều
đó °iài thích vì sao các mau đêu có điện trờ rât lớn. Hình 18 cũng chI rõ hiện
tưọnc khi nôna độ Cr ha\' Mn tiẻp tục tăn2 qua một uiá trị nhât định thi tính
dần cua mầu chuyên dan sans đặc tính kim loại. Kèt qua này phù họp với
việc quan sát thấy việc hình
thành các đám Cr và Mil kim loại tro nu, hai hệ
mau
K

và phổ kế Auger cho thấy các mầu đơn pha có cấu trúc lục giác loại
Wurtizite. Giới hạn đon pha cho nồng độ pha lạp ờ các mẫu trung bình
khoáng 10 %.
Đã thành côns tạo nên trạng thái sảt từ bằng việc pha lạp Cr và Mn.
tạo nên cơ chế sắl từ lỗ trống trung gian. Tính sất từ dược quan sát thấy trong
các mẫu tổn tại cho đến nhiệt độ ít nhất là 470 K. Đáy là giá trị lớn hơn hắn
các kết quá của các tác giả trước đó. Tuy nhiên, giá trị từ độ còn khá nhỏ,
lương ứng chỉ vài phần trâm nguyên lử pha tạp trỏ' thành sắt từ. Nguycn nhân
được cho là do nống độ hại tải còn ihấp liên quan đốn độ rộng rất lớn của
vùng cấm.
Độ rộng vùng cấm. một thông số quan trọng cúa vật liệu dã được xác
định qua phép đo hấp ihụ quane học. Sự thay dổi của độ rộng vung cấm iheo
nồng độ pha tạp CŨIÌS nhu các điều kiện chê lạo dã dược kháo sát. Kếl quả
cho thấy độ rộim vùne câm liên quan chặt chẽ đến mật độ irạns thái cua các
mức tạp. thể hiện qua sự giám của độ rộng vùng cấm theo sự lăne cua nồng
độ tạp và sự tăng cua độ rộna vùng cấm khi chất lượng mẫu được cái thiện.
Kết quá phép do điện trỏ' như một hàm cua nhiệt độ cho thấy mẫu đon
pha có dặc limm hán dẫn. Khi nổns độ vượt quá iiiá trị iiiói hạn đơn pha. tính
dẫn bắt đầu chuyến sane kim loại do sự tham ilia của các dám Cr hoặc Mil.
Giá trị năng lượn2 hoạt, năng lượns cần thiết đố diện tử nháv lù vùng hoá trị
lên mức tạp (lã được rút ra từ phép làm khớp dườna phụ Ihuộc nhiệt độ của
điện trở. Giá trị nănỉi lượna hoạt cũn2 được quan sái thấy chịu ánh hưởng
mạnh của các yếu lố tác độna đến chất lượng mầu.
Các kết quả khảo sát ảnh lurờns cua chc độ chê tạo mail đà định
hướn° cho việc xác định điều kiện lói ưu cho việc chê tạo vật liệu màns
mỏns bán dẫn từ loại A1N bàna phưona pháp phún xạ ca tôt. Các mẫu chế
tao đã đat được hai yêu cầu chính là thê hiện lính bán dẫn và lính sắt tù với
nhiệt độ Curia cao. có thể thu nshiệm chế tạo linh kiện spinlronics.
Các kêt quả khoa học đã được công bố trong 05 bài báo, trong đó có
02 bài báo quốc tế

17. R. A. Lomas, M. J. Hampshire and R. D. Tomlinson, J. Phys. E: Sci.
Instriim. Vol. 5 (1972), p. 822.
19. Phạm Mona Quana, Trần Quang Huns, và Nsuyễn thị Vân Anh,
Tuyến tập báo cáo tại hội n°hị Vật ìý toàn quôc lân thử VI, Hà nội
2 0 0 5 , trang 694