在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射mcd光譜的測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，包括：制備表面具有磁性薄膜的p-i-n光電二極管；將該p-i-n光電二極管與一電阻串聯(lián)形成串聯(lián)電路，在該串聯(lián)電路兩端施加一恒定電壓，使得該p-i-n光電二極管工作在反向偏置下；當(dāng)受斬波器、光彈調(diào)制器共同調(diào)制的光透過(guò)該p-i-n光電二極管表面的磁性薄膜后，被i型層吸收并轉(zhuǎn)化為光電流，進(jìn)一步使得該串聯(lián)電路中電阻兩端的電壓發(fā)生變化，通過(guò)連接于該串聯(lián)電路的兩臺(tái)鎖相放大器來(lái)解調(diào)該電阻兩端的電壓信號(hào)，即可反推出該磁性薄膜的透射MCD光譜。利用本發(fā)明，能夠方便的測(cè)量樣品的透射MCD光譜，得到樣品的能帶結(jié)構(gòu)、矯頑力等微觀信息。
【專利說(shuō)明】在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁光學(xué)領(lǐng)域，也涉及到自旋電子學(xué)領(lǐng)域，特別是指一種在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)是結(jié)合半導(dǎo)體和鐵磁材料的半導(dǎo)體電子學(xué)，其中，信息的寫(xiě)入和讀取就是通過(guò)控制磁性材料的磁矩朝向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但隨著器件的特征尺寸不斷減小，量子尺寸效應(yīng)越來(lái)越顯著，隧穿效應(yīng)導(dǎo)致的器件漏電流，大規(guī)模集成導(dǎo)致的熱效應(yīng)以及產(chǎn)品的成品率等問(wèn)題都制約著傳統(tǒng)電子學(xué)的發(fā)展。人們普遍認(rèn)為傳統(tǒng)的半導(dǎo)體電子學(xué)必將走向理論極限。自旋電子學(xué)是有望改變未來(lái)這一困境的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。
[0003]自旋電子學(xué)也稱為磁電子學(xué)，它探索的是在一個(gè)器件中同時(shí)利用電子的電荷和自旋兩種內(nèi)稟屬性，是一門涉及磁學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)和微/納米加工技術(shù)的交叉科學(xué)。其中，利用磁光效應(yīng)的磁光器件是該領(lǐng)域的一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。
[0004]磁光效應(yīng)，是指光與磁性物質(zhì)相互作用引起光性質(zhì)的變化。磁光器件有磁光偏轉(zhuǎn)器、磁光開(kāi)關(guān)和調(diào)制器、隔離器、環(huán)形器、顯示器、旋光器、磁強(qiáng)計(jì)、磁光盤存儲(chǔ)器和磁光傳感器等，在光學(xué)信息處理、光纖通信等等很多領(lǐng)域已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用。除了應(yīng)用于磁光器件外，磁光效應(yīng)的另外一個(gè)重要用途就是進(jìn)行固體材料能譜研究、觀察和分析材料結(jié)構(gòu)等方面的基礎(chǔ)研究。
[0005]磁光效應(yīng)主要包括磁圓光二向色性譜(MCD)、磁光克爾旋轉(zhuǎn)譜和法拉第旋轉(zhuǎn)光譜。其中，克爾旋轉(zhuǎn)譜與法拉第旋轉(zhuǎn)譜，均是指線偏振光與磁性介質(zhì)發(fā)生相互作用后偏振面的偏轉(zhuǎn)，前者對(duì)應(yīng)于反射配置，后者對(duì)應(yīng)于透射配置。而MCD是指與磁性介質(zhì)相互作用后左圓偏振光與右圓偏振光的強(qiáng)度有差別，可以在反射配置和透射配置下測(cè)量。
[0006]但是，對(duì)于非透明襯底上生長(zhǎng)的材料，透射磁光光譜的測(cè)量，有兩點(diǎn)不便之處:1)樣品的準(zhǔn)備過(guò)程較復(fù)雜，需要用打磨、化學(xué)腐蝕等方法將襯底層給去掉；2)測(cè)量系統(tǒng)要求較高，需要配備前后窗口來(lái)實(shí)現(xiàn)光的射入和收集。而且一般磁光光譜需要低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境，所以增加了對(duì)設(shè)備的要求。因此，進(jìn)行合適的樣品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來(lái)方便地測(cè)量樣品的透射磁光光譜，很有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，以方便的測(cè)量樣品的透射MCD光譜，進(jìn)一步得到樣品的能帶結(jié)構(gòu)、矯頑力等微觀信息。
[0009]( 二)技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，包括:步驟1:制備表面具有磁性薄膜的P-1-n光電二極管；步驟2:將該P(yáng)-1-n光電二極管與一電阻串聯(lián)形成串聯(lián)電路，在該串聯(lián)電路兩端施加一恒定電壓，使得該p-1-n光電二極管工作在反向偏置下；步驟3:當(dāng)受斬波器、光彈調(diào)制器共同調(diào)制的光透過(guò)該P(yáng)-1-n光電二極管表面的磁性薄膜后，被i型層吸收并轉(zhuǎn)化為光電流，進(jìn)一步使得該串聯(lián)電路中電阻兩端的電壓發(fā)生變化，通過(guò)連接于該串聯(lián)電路的兩臺(tái)鎖相放大器來(lái)解調(diào)該電阻的電壓信號(hào)，即可反推出該磁性薄膜的透射MCD光譜。
[0011]上述方案中,所述步驟I包括:步驟11:生長(zhǎng)p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),并在該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上生長(zhǎng)磁性薄膜；步驟12:對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，得到腐蝕至該P(yáng)-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的n型層及p型層的臺(tái)面；步驟13:在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，形成表面具有磁性薄膜的p-1-n光
電二極管。
[0012]上述方案中，所述磁性薄膜為p型導(dǎo)電的磁性薄膜,步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括n+型襯底、n型緩沖層和未摻雜的光吸收層，該p型導(dǎo)電的磁性薄膜形成于該光吸收層之上。步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該n型緩沖層表面，得到n型緩沖層臺(tái)面及p型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面；步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該n型緩沖層臺(tái)面及該p型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極。
[0013]上述方案中，所述磁性薄膜為n型導(dǎo)電的磁性薄膜，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括P+型襯底、P型緩沖層和未摻雜的光吸收層，該n型導(dǎo)電的磁性薄膜形成于該光吸收層之上。步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該P(yáng)型緩沖層表面，得到P型緩沖層臺(tái)面及n型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面；步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該P(yáng)型緩沖層臺(tái)面及該n型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極。
[0014]上述方案中，所述磁性薄膜為不導(dǎo)電的磁性薄膜，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括n+型襯底、n型緩沖層、未摻雜的光吸收層和p型層，該磁性薄膜形成于該P(yáng)型層之上。步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該n型緩沖層表面得到n型緩沖層臺(tái)面，及腐蝕至該p型層表面得到P型層臺(tái)面；步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該n型緩沖層臺(tái)面及該p型層臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極。
[0015]上述方案中，所述磁性薄膜為不導(dǎo)電的磁性薄膜，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括P+型襯底、P型緩沖層、未摻雜的光吸收層和n型層，該磁性薄膜形成于該n型層之上。步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該P(yáng)型緩沖層表面得到P型緩沖層臺(tái)面，及腐蝕至該n型層表面得到n型層臺(tái)面；步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該P(yáng)型緩沖層臺(tái)面及該n型層臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極。
[0016]上述方案中，所述未摻雜的光吸收層，其帶隙小于該磁性薄膜的所關(guān)注的光譜能量范圍的下限，且厚度大于或等于300nm。[0017]上述方案中，步驟3中所述對(duì)該p-1-n光電二極管表面的磁性薄膜進(jìn)行光照時(shí)，工作溫度不超出P-1-n光電二極管的有效工作溫度范圍。
[0018](三)有益效果
[0019]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明提供的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，通過(guò)設(shè)計(jì)樣品層次結(jié)構(gòu)，即在P-1-n光電二極管上生長(zhǎng)待測(cè)量磁性薄膜，利用樣品下所集成的該光電二極管，探測(cè)磁性薄膜的透射光強(qiáng)，從而可以方便地測(cè)量樣品的透射MCD光譜。而傳統(tǒng)的透射MCD光譜測(cè)量方法，不僅需要很大功夫來(lái)腐蝕掉非透明的襯底層，并且必須在配備雙光學(xué)窗口的測(cè)試系統(tǒng)中測(cè)量。通常，透射MCD光譜的測(cè)量，需要低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境，這無(wú)疑使得傳統(tǒng)的透射MCD方法變得很復(fù)雜。本發(fā)明提供的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，在單光學(xué)窗口的測(cè)試系統(tǒng)中即可使用，且不需要腐蝕掉不透明的襯底，從而使得透射MCD譜的測(cè)量大大簡(jiǎn)化，進(jìn)一步很方便地得到樣品的能帶結(jié)構(gòu)、矯頑力等微觀信息。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其中:
[0022]圖1是本發(fā)明提供的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法的流程圖。
[0023]圖2是以磁性半導(dǎo)體GaMnAs為例，采用本發(fā)明的樣品層次結(jié)構(gòu)。
[0024]圖3是以磁性半導(dǎo)體GaMnAs為例，采用本發(fā)明的光刻版圖形。
[0025]圖4是以磁性半導(dǎo)體GaMnAs為例，采用本發(fā)明的測(cè)量示意圖。
[0026]圖5是以磁性半導(dǎo)體GaMnAs為例，采用本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中圖5 (a)、圖5 (b)是傳統(tǒng)的反射式MCD實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖5 (c)、圖5 (d)是采用本發(fā)明所得到的透射式MCD的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提供的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0029]步驟1:制備表面具有磁性薄膜的p-1-n光電二極管；該步驟具體包括:步驟11:生長(zhǎng)p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),并在該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上生長(zhǎng)磁性薄膜；步驟12:對(duì)該磁性薄膜及該P(yáng)-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，得到腐蝕至該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的n型層及p型層的臺(tái)面；步驟13:在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，形成表面具有磁性薄膜的p-1-n光電二極管；所述磁性薄膜可以為p型導(dǎo)電的磁性薄膜、n型導(dǎo)電的磁性薄膜或不導(dǎo)電的磁性薄膜；
[0030]其中，當(dāng)磁性薄膜為p型導(dǎo)電的磁性薄膜時(shí)，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括n+型襯底、n型緩沖層和未摻雜的光吸收層，該p型導(dǎo)電的磁性薄膜形成于該光吸收層之上；步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該n型緩沖層表面，得到n型緩沖層臺(tái)面及p型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面；步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該n型緩沖層臺(tái)面及該P(yáng)型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極；
[0031]當(dāng)磁性薄膜為n型導(dǎo)電的磁性薄膜時(shí)，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括P+型襯底、P型緩沖層和未摻雜的光吸收層，該n型導(dǎo)電的磁性薄膜形成于該光吸收層之上；步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該P(yáng)型緩沖層表面，得到P型緩沖層臺(tái)面及n型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面；步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該p型緩沖層臺(tái)面及該n型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極；
[0032]當(dāng)磁性薄膜為不導(dǎo)電的磁性薄膜時(shí)，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括n+型襯底、n型緩沖層、未摻雜的光吸收層和p型層，該磁性薄膜形成于該p型層之上；步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該n型緩沖層表面得到n型緩沖層臺(tái)面，及腐蝕至該p型層表面得到p型層臺(tái)面；步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該n型緩沖層臺(tái)面及該P(yáng)型層臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極；或者，
[0033]當(dāng)磁性薄膜為不導(dǎo)電的磁性薄膜時(shí)，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括P+型襯底、P型緩沖層、未摻雜的光吸收層和n型層，該磁性薄膜形成于該n型層之上；步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該p型緩沖層表面得到p型緩沖層臺(tái)面，及腐蝕至該n型層表面得到n型層臺(tái)面；步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該p型緩沖層臺(tái)面及該n型層臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極；
[0034]所述未摻雜的光吸收層，其帶隙小于該磁性薄膜的所關(guān)注的光譜能量范圍的下限，且厚度大于或等于300nm。
[0035]步驟2:將該p-1-n光電二極管與一電阻串聯(lián)形成串聯(lián)電路，在該串聯(lián)電路兩端施加一-〖亙定電壓，使得該p-1-n光電二極管工作在反向偏置下。
[0036]步驟3:當(dāng)受斬波器、光彈調(diào)制器共同調(diào)制的光透過(guò)該p-1-n光電二極管表面的磁性薄膜后，被i型層吸收并轉(zhuǎn)化為光電流，進(jìn)一步使得該串聯(lián)電路中電阻兩端的電壓發(fā)生變化，通過(guò)連接于該串聯(lián)電路的兩臺(tái)鎖相放大器來(lái)解調(diào)該電阻的電壓信號(hào)，即可反推出該磁性薄膜的透射MCD光譜；
[0037]所述對(duì)該p-1-n光電二極管表面的磁性薄膜進(jìn)行光照時(shí)，工作溫度不超出p-1-n光電二極管的有效工作溫度范圍，一般在小于300K的溫度范圍均可正常工作。
[0038]請(qǐng)參閱圖2、圖3及圖4所示，圖2是以磁性半導(dǎo)體G`ahMnxAs為例，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的樣品層次結(jié)構(gòu)；圖3是以磁性半導(dǎo)體GaMnAs為例，采用本發(fā)明的光刻版圖形；圖4是以磁性半導(dǎo)體GaMnAs為例，采用本發(fā)明的測(cè)量示意圖。
[0039]樣品的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示，生長(zhǎng)步驟如下:⑴、選擇重?fù)诫s的n+GaAs襯底；⑵、在該n+GaAs襯底上生長(zhǎng)IOOnm的n+GaAs緩沖層，摻雜濃度為3 X 1018cm_3，用于平滑n+GaAs襯底的表面，使得后續(xù)生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)更加平整；(3)、在n+GaAs緩沖層上生長(zhǎng)660nm的未摻雜InxGa1^xAs層，X(In)~0.2,作為光吸收層；(4)、在未摻雜InxGa1^xAs層上生長(zhǎng)20nm的Ga1-JVInxAs, x (Mn)?0.05。
[0040]采用的光刻版如圖3所示，后續(xù)的工藝處理步驟如下:(I)、清洗。依次用四氯化碳、三氯乙烯、丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水超聲清洗樣品，用氮?dú)獯蹈珊髮悠贩湃牒嫦渲性?0攝氏度下烘烤約20分鐘；(2)、光刻。經(jīng)過(guò)勻膠、前烘、曝光、顯影，在樣品上的光刻膠刻出如圖2 (a)所示的圖形(中心臺(tái)面尺寸為2mmX2mm,頂角4個(gè)小臺(tái)面尺寸為ImmX Imm)；
(3)、堅(jiān)膜。將樣品沖洗干凈并用氮?dú)獯蹈桑缓蠓湃?00攝氏度的烤箱，烘烤I小時(shí)；(4)、臺(tái)面腐蝕。用配比為:甲醇:磷酸:雙氧水=3: I: I的腐蝕液將樣品，腐蝕至n+GaAs緩沖層，即得到一系列分離的臺(tái)面。(5)、做電極。用金絲在烙鐵熔融的銦上粘附少許銦，然后用牙簽將帶有銦的金絲分別壓焊在GaMnAs層、n+GaAs緩沖層。通過(guò)以上步驟，就得到了以GaMnAs層作為表層的p-1_n光電二極管。
[0041]實(shí)驗(yàn)測(cè)量示意圖如圖4所示，測(cè)量步驟如下:(I)、在p-1-n光電二極管串聯(lián)一個(gè)恒定電阻(?660歐姆)；⑵、用恒壓源Keithley2400向所述串聯(lián)有恒定電阻的p-1_n光電二極管施加一恒壓電壓(?5V)，使得p-1-n光電二極管工作在反向電壓下(即p區(qū)接電源負(fù)端，n區(qū)接電源正端);(3)、采用Fianium SC-4超連續(xù)白光光源，Zolix 0mn1-3005單色儀，得到從550nm到IOOOnm變化的單色光,半高全寬?3nm。用格蘭泰勒棱鏡與光彈調(diào)制器PEM-100組合，得到頻率為50kHz的左圓、右圓偏振周期性交替變化的入射光。入射光同時(shí)用斬波器(135Hz)調(diào)制。(4)、入射光照射在p-1-n光電二極管表層上，通過(guò)GaMnAs層的透射光，經(jīng)InGaAs光吸收層吸收后，會(huì)在p_i_n光電二極管兩端產(chǎn)生周期性變化的光電流，進(jìn)一步在串聯(lián)的恒定電阻上產(chǎn)生周期性變化的電壓信號(hào)。采用兩個(gè)鎖相放大器，監(jiān)測(cè)該電壓變化，其中，鎖相I的參考頻率為斬波器的參考頻率，鎖相2的參考頻率為光彈調(diào)制器的調(diào)制頻率。鎖相2測(cè)量的信號(hào)除以鎖相I測(cè)量的信號(hào)，即是所測(cè)樣品GaMnAs的透射MCD信號(hào)。
[0042]測(cè)量結(jié)果
[0043]圖5是在不同溫度、不同磁場(chǎng)、不同光波長(zhǎng)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中，圖5(a)、圖5(b)是傳統(tǒng)的反射式MCD實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖5 (c)、圖5 (d)是采用本發(fā)明所得到的透射式MCD的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0044]圖5(a)與圖5(c)是不同溫度下的MCD隨磁場(chǎng)的變化關(guān)系，它們反映的均是樣品在不同溫度下的磁化特性，比較這兩幅圖可以發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明所測(cè)量的透射MCD所體現(xiàn)的磁化特性(矯頑力大小及其隨溫度的變化關(guān)系)與采用傳統(tǒng)的反射式MCD所得到的結(jié)果一致。這也與樣品的磁學(xué)表征結(jié)果一致，進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的測(cè)量結(jié)果是可靠、有效的。
[0045]圖5 (b)與圖5 (d)，是不同溫度下的MCD隨光波長(zhǎng)的變化關(guān)系，它們能反映樣品的能帶結(jié)構(gòu)。注意=R-MCD與T-MCD隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系有差別并不是由于測(cè)量方法的錯(cuò)誤所致，而是因?yàn)?，R-MCD與T-MCD，分別主要取決于磁性介質(zhì)的介電張量斜對(duì)角元的虛部和實(shí)部，且干涉效應(yīng)在R-MCD中更加顯著。
[0046]注:該樣品的居里溫度為146K，所以在160K溫度處，MCD信號(hào)消失。
[0047]從上述實(shí)例可以看出，本發(fā)明提供的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，確實(shí)可以方便、準(zhǔn)確地測(cè)量樣品的透射MCD光譜，從而得到樣品的能帶結(jié)構(gòu)和矯頑力等磁性質(zhì)，可以作為自旋相關(guān)半導(dǎo)體材料能帶及磁性分析系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室中推廣使用。[0048]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，包括: 步驟1:制備表面具有磁性薄膜的p-1-n光電二極管； 步驟2:將該p-1-n光電二極管與一電阻串聯(lián)形成串聯(lián)電路，在該串聯(lián)電路兩端施加一恒定電壓，使得該P(yáng)-1-n光電二極管工作在反向偏置下； 步驟3:當(dāng)受斬波器、光彈調(diào)制器共同調(diào)制的光透過(guò)該p-1-n光電二極管表面的磁性薄膜后，被i型層吸收并轉(zhuǎn)化為光電流，進(jìn)一步使得該串聯(lián)電路中電阻兩端的電壓發(fā)生變化，通過(guò)連接于該串聯(lián)電路的兩臺(tái)鎖相放大器來(lái)解調(diào)該電阻的電壓信號(hào)，即可反推出該磁性薄膜的透射MCD光譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟I包括: 步驟11:生長(zhǎng)p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并在該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上生長(zhǎng)磁性薄膜； 步驟12:對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，得到腐蝕至該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的n型層及P型層的臺(tái)面； 步驟13:在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，形成表面具有磁性薄膜的P-1-n光電二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于，所述磁性薄膜為p型導(dǎo)電的磁性薄膜，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括n+型襯底、n型緩沖層和未摻雜的光吸收層，該p型導(dǎo)電的磁性薄膜形成于該光吸收層之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于， 步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該n型緩沖層表面，得到n型緩沖層臺(tái)面及p型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面； 步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該n型緩沖層臺(tái)面及該p型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于，所述磁性薄膜為n型導(dǎo)電的磁性薄膜，步驟11中所述p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括P+型襯底、P型緩沖層和未摻雜的光吸收層，該n型導(dǎo)電的磁性薄膜形成于該光吸收層之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于， 步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該p型緩沖層表面，得到p型緩沖層臺(tái)面及n型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面； 步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該P(yáng)型緩沖層臺(tái)面 及該n型導(dǎo)電的磁性薄膜臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于，所述磁性薄膜為不導(dǎo)電的磁性薄膜，步驟11中所述P-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括n+型襯底、n型緩沖層、未摻雜的光吸收層和p型層，該磁性薄膜形成于該p型層之上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于， 步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該n型緩沖層表面得到n型緩沖層臺(tái)面，及腐蝕至該p型層表面得到p型層臺(tái)面； 步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該n型緩沖層臺(tái)面及該p型層臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于，所述磁性薄膜為不導(dǎo)電的磁性薄膜，步驟11中所述P-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)從下至上依次包括P+型襯底、P型緩沖層、未摻雜的光吸收層和n型層，該磁性薄膜形成于該n型層之上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于， 步驟12中所述對(duì)該磁性薄膜及該p-1-n半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻腐蝕，是腐蝕至該p型緩沖層表面得到p型緩沖層臺(tái)面，及腐蝕至該n型層表面得到n型層臺(tái)面； 步驟13中所述在該n型層及p型層的臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極，是在該P(yáng)型緩沖 層臺(tái)面及該n型層臺(tái)面上分別制作歐姆接觸電極，作為底電極和頂電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10中任一項(xiàng)所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于，所述未摻雜的光吸收層，其帶隙小于該磁性薄膜的所關(guān)注的光譜能量范圍的下限，且厚度大于或等于300nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在非透明襯底上生長(zhǎng)的磁性薄膜的透射MCD光譜的測(cè)量方法，其特征在于，步驟3中所述對(duì)該p-1-n光電二極管表面的磁性薄膜進(jìn)行光照時(shí)，工作溫度不超出P-1-n光電二極管的有效工作溫度范圍。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK103808679SQ201410072762
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】賀振鑫, 劉奇, 吳元軍, 紀(jì)曉晨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所