论文部分内容阅读
半导体量子点和纳米线作为典型的低维结构，是研发新型固态纳米器件的基础。在半导体量子点中掺入过渡金属元素构成磁性半导体量子点，被认为是一种极具潜能的自旋电子学材料；而半导体纳米线由于其材料特性以及在新一代纳电子学中巨大的应用前景，也正被人们广泛关注。本文针对这两种Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米材料进行了较为系统的研究，主要内容如下： (1)利用分子束外延技术，通过液滴外延的方法，首次在Si衬底上制备出(Ga，Mn)As磁性半导体量子点，并对生长条件以及量子点的形貌、结构和磁性质进行全面的研究。研究发现，通过改变Ga液滴的生长温度和沉积量，可以在一定范围内调控量子点的密度和尺寸。量子点呈现出明显的闪锌矿结构，具有较高的晶体质量。磁性测试结果显示(Ga，Mn)As量子点在低温下为铁磁态，并表现出超顺磁行为。此外，我们利用X射线吸收近边结构谱测定了(Ga，Mn)As量子点中Mn的局域结构和电子构型，结合量子点的晶格结构和磁性分析结果，对其铁磁性来源进行了深入探索。 (2)利用GaAs/AlGaAs构成的二维电子气结构，采用微区霍尔磁性测试技术，对自组装生长的(In，Cr)As磁性半导体量子点进行了磁性探测。我们首先通过分子束外延生长出具有室温铁磁性的(In，Cr)As量子点和高迁移率的GaAs/AlGaAs二维电子气结构。之后，通过光刻、压制电极及合金化等器件加工过程，制备了微米级尺寸的霍尔测试元件。然后使用微区霍尔磁性测试方法，对量子点的磁性进行探测，初步得到测试区域内量子点的杂散场和相应的磁矩大小。 (3)系统研究了InAs纳米线在Si衬底上的分子束外延制备方法。在自然氧化的Si衬底上，不使用外加催化剂和图形化模板，采用自引导的方法生长InAs纳米线，并研究了纳米线的形貌特征，总结出生长相图。之后，在清洗洁净的Si衬底上，实现了纳米线统一排列的垂直生长，并通过不同系列的实验数据分析了InAs纳米线的成核机理和生长机制。结构分析表明纳米线的主要晶体结构为闪锌矿结构，但在层错出现的地方容易产生闪锌矿和纤维锌矿的晶格交替。此外，我们在InAs纳米线的基础上，首次制备了具有铁磁性的InAs/(In，Mn)As核壳结构纳米线，并详细研究了(In，Mn)As壳层结构的生长对纳米线形貌、结构以及磁性质的影响。