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金刚石薄膜磁阻效应及相关问题的研究

孔春阳

  p-型金刚石膜具有显著的磁阻效应,是近年来才发现的新现象。结合金刚石所具有的优异的物理、化学性能,预示着金刚石膜可作为新一代磁敏传感器材料,从而拓宽金刚石膜在电子学领域的应用范围。本文采用微波等离子体CVD法制备定向生长的金刚石薄膜。用冷离子注入法对金刚石薄膜进行硼掺杂。用SEM和Raman光谱检测和分析金刚石薄膜的质量。用四探针法对金刚石薄膜的磁阻效应在0~5T的磁场范围内进行了测量。结果表明:磁阻效应强烈依赖于磁场、样品形状和温度等因素。当磁场为5T时,条形样品的电阻变化可达0.40,圆盘样品可达0.85。在一定的磁场下,条形样品的磁阻具有显著的形状效应,磁阻和样品的宽长比成正比。磁阻对温度的变化很敏感。在5T的磁场下,当温度从300K上升到500K时,圆盘样品的磁阻从0.85下降到0.15。对金刚石膜显著的磁阻效应和丰富的磁阻特性,其产生原因到目前还不太清楚。本文对金刚石薄膜的磁阻效应及其相关问题进行了较为系统和深入的研究。在Fuchs—Sondheimer 薄膜理论(F-S理论)的基础上,考虑晶格散射、杂质散射和表面散射。通过求解弛豫近似下的Boltzmann方程,利用并联电阻模型,研究了P-型异质外延金刚石膜的磁阻效应。导出了金刚石膜磁阻效应的理论计算公式,计算结果和实验相一致。研究了Hall 效应对磁阻效应的影响,分析结果认为:条形样品的形状效应是由于Hall电场随样品的宽长比变化而产生的。在价带分裂模型和F-S理论的基础上,导出了金刚石膜压阻效应的理论计算公式。从理论上计算了金刚石膜的压阻效应。对金刚石膜的磁阻效应和压阻效应,首次建立了统一的计算理论。从理论上研究了磁场对压阻效应的影响,以及应力对磁阻效应的影响。提出了内应力作用下价带分裂的温度变化模型,研究了温度变化对金刚石膜磁阻和压阻的影响。结果表明:内应力导致的价带分裂随温度的变化,对磁阻和压阻随温度的变化有重要影响。最后,本文提出了该领域后续需要研究的问题,并展望了金刚石膜磁阻效应的应用前景……   
[关键词]:金刚石膜;磁阻效应;压阻效应;微波CVD;价带分裂
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:重庆大学2002年