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비정질 Ge1 − xMnx 박막의 자기수송특성에 미치는 열처리 효과

한국자기학회지, Volume 19, Number 4, 31 Aug 2009, Pages 121-125
김동휘 (충남대학교 재료공학과), 이병철 (충남대학교 재료공학과), 찬티난안 (충남대학교 재료공학과), 임영언 * (충남대학교 재료공학과), 김도진 (충남대학교 재료공학과), 김효진 (충남대학교 재료공학과), 유상수 (삼성테크윈(주)), 백귀종 (테크노세미켐(주)), 김창수 (한국표준과학연구원)
Abstract

비정질 Ge1− xMnx박막을 400 oC에서 700 oC까지 온도범위에서 각 3분씩 고진공챔버(10−8 torr)에서 열처리하였고, as-grown 시 료와 열처리한 시료의 전기적 특성과 자기수송특성을 연구하였다. 성분함량은 energy dispersive X-ray spectroscopy(EDS)와 x-ray photoelectron spectroscopy(XPS)로 측정하였으며, 박막의 구조분석은 x-ray diffractometer(XRD)와 transmission electron microscopy(TEM)를 이용하였다. 자성특성은 여러 범위의 자기장에서 Magnetic property measure system(MPMS)를 이용하였다. 박막의 전기적 특성은 standard four-point probe와 Physical property measurement system(PPMS)로 측정하였으며, van der Pauw 방법을 사용하여 Anomalous Hall effect를 측정하였다. X-ray 회절 패턴 분석을 통해 500 oC에서 3분 동안 열처리한 시료 는 여전히 비정질 상태인 것을 알 수 있었으며, 600 oC의 열처리 온도에서 결정화를 확인할 수 있었다. as-grown Ge1 − xMnx박 막과 열처리한 Ge1 − xMnx 박막을 온도에 따른 비저항 값의 변화를 측정하였고, 반도체의 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한 열처리 온도가 높을수록 비저항도 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 700 oC에서 열처리한 Ge1 − xMnx박막은 저온에서 negative magnetoresistance(MR)을 확인할 수 있었고, MR ratio는 10 K에서 약 8.5 %를 보였다. 모든 MR 그래프에서 curve의 비대칭을 확인 할 수 있었으며, anomalous Hall Effect는 약하지만 250 K까지 관측이 되었다.

Amorphous Ge1 − xMnx semiconductor thin films grown by low temperature vapor deposition were annealed at various temperatures from 400 to 700 oC for 3 minutes in high vaccum chamber. The electrical and magnetotransport properties of as-grown and annealed samples have been studied. X-ray diffraction patterns analysis revealed that the samples still maintain amorphous state after annealling at 500 oC for 3 minutes and they were crystallized when annealing temperature increase to 600 oC. Temperature dependence of resistivity measurement implied that as-grown and annealed Ge1 − xMnx films have semiconductor characteristics, the increase of resistivity with annealling temperature was obseved. The 700 oC-annealed sample exhibited negative magnetoresistance (MR) at low temperatures and the MR ratio was ~8.5% at 10 K. The asymmetry was present in all MR curves. The anomalous Hall Effect was also observed at 250 K.

Keywords: 자성반도체; 스핀트로닉스 재료; Ge-Mn 금속간 화합물; magnetic semiconductor; spintronics materials; Ge-Mn intermetallic compounds
DOI: