薄膜的制备及表征

Fe;On薄膜的制备有多种方法: PLD，MBE，溅射法以及再氧化法等。我们的样品采用MBE法生长，主要因为这种方法可以制备出较**的薄膜

制备Fe;0n薄膜有两种方法:**种就是先在衬底上沉积Fe膜，然后再利用氧化剂如0或NO将其氧化生成Fez0薄膜。**种方法就是直接在富氧的环境中蒸发Fe,制备Fe;0。薄膜。这里利用的是**种方法。**种方法存在的缺陷是对沉积的Fe膜的厚度有一定限制，最厚为6nm。超过6nm就有可能出现氧化不完全或在薄膜中呈现出两种以上形态的Fe氧化物l5。若要制备6nm以上的FeyO薄膜，就需要采用重复沉积加氧化的方法，对此就不加以阐述。采用**种方法制备Fe;On薄膜。

使用的GaAs(100)衬底其平面的品向平行于方向，使用之前用HSO:H;Oz:H;0(4:1:1)的溶液对GaAs基片清洗了30秒钟，接着又用去离子水和异丙醇清洗。将洗净的GaAs 衬底加载到MBE超高真空生长腔之后，在830K 的温度下对其进行退火处理40min，之后在处理过的GaAs衬底上沉积Fe膜，然后再利用有O环境的生长腔，维持Oz分压5x103mbar将其氧化生成Fe,0s，O的排气孔距离样品12cm，这样有利于在样品周围形成均匀一直的气压。下图1(a)(c〉给出了生长在GaAs 衬底上 6nm Fe薄膜和Fes0n薄膜的RHEED衍射花样，从下图1(b)可以看出，Fe膜为体心立方结构（bcc)，外延生长关系为Fe(100)<O01>/GaAs(100)<001>,这和其他小组的结论是一致的°;图1(C)给出了衬底温度为50OK时氧化3分钟后的样品RHEED衍射花样，然后在相同的环境下进一步退火氧化样品，其RHEED衍射花样都不再有任何变化，表明样品已经形成了稳定的结构。此时观察到的衍射花样入射电子束沿着外延生长在 MgO （ 100）面上的Fes0·[010]方向的RHEED衍射花样是一致的。在我们的薄膜样品测量过程中，电子束是沿着GaAs (100)衬底[方向入射的，这表明外延生长的 Fey0n晶胞的<010>方向平行于GaAs衬底的<O-11>方向,因此,我们的样品外延关系为Fey0: (100)<011>//GaAs(100)<010>。

图2给出了Fe;0n晶胞相对于GaAs (100）衬底旋转45°示意图，Fey0。晶胞旋转了45°是因为相对于Fe;0 (100)<010>方向，Fe;04 (100)<011>方向和GaAs (100)<010>方向的品格匹配度更好"例。GaAs和Feg0s的晶格常数分别为5.654A和8.396A，Fe;0。晶胞旋转45°后其晶格常数近似为GaAs晶胞对角线长度7.995A，Fe;0q和GaAs 的晶格错配率只有5.0%，因此，外延关系为Fe;04 (100)<011>//GaAs(100)<010>时，形成的单晶薄膜质量更好。Fe;0。晶胞相对于GaAs ( 100）是顺时针旋转还是逆时针旋转了45°未能确定，还要经过更进一步的研究。

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yyp2021.3.29