SCMs|具有室温铁磁性和高空穴迁移率的锰掺杂硅锗薄膜

近日，四川大学向钢教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，采用超高真空化学气相沉积系统在锗衬底上外延生长了第IV族硅锗薄膜，然后通过离子注入和快速热退火进行锰元素掺杂。

图1 不同温度下，(a) 磁阻(MR)和(b) 霍尔电阻(R_xy)的磁场依赖性。

结构测试表明，外延的硅锗薄膜是具有均匀拉伸应变的单晶，随后的离子注入和快速热退火使其变为多晶。磁性测试表明，退火后的薄膜表现出依赖于锰掺杂浓度的铁磁性，居里温度最高可达309 K；X射线磁圆二色谱揭示了替代位锰元素的自旋和轨道磁矩。为最大限度地减少反常霍尔效应的影响，磁输运测试在高达31 T的强磁场下进行，该薄膜在300 K温度下空穴迁移率达到创纪录的~1230 cm² V⁻¹ s⁻¹。此高迁移率归因于样品较高的结晶质量和拉伸应变对能带的调制。

本文首次展示了具有室温铁磁性和高载流子迁移率的锰掺杂硅锗薄膜，有望促进基于第IV族半导体的自旋电子材料与器件的实际应用。

文章信息

Shen, L., Zhang, X., Wang, J. et al. Mn-doped SiGe thin films grown by UHV/CVD with room-temperature ferromagnetism and high hole mobility. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2025-x

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