Formation of Ferromagnetic Ge3Mn5 Phase in MBE-grown Polycrystalline Ge1-xMnx Thin Films

Magnetic phases of polycrystalline $Ge_{1-x}Mn_x$ thin films were studied. The $Ge_{1-x}Mn_x$ thin films were grown at $400^{\circ}C$ by using a molecular beam epitaxy. The $Ge_{1-x}Mn_x$thin films were p-type and electrical resistivities were $4.0{\times}10^{-2}{\sim}1.5{\times}10^{-4}ohm-cm$. Based on the analysis of magnetic characteristics and microstructures, it was concluded that the ferromagnetic phase formed on the $Ge_{1-x}Mn_x/SiO_2$/Si(100) thin films was $Ge_3Mn_5$ phase which has about 310 K of Curie temperature. Moreover, the $Ge_{1-x}Mn_x$ thin film which had $Ge_3Mn_5$ phase showed the negative magnetoresistance to be about 9% at 20 K when the magnetic field of 9 T was applied.

다결정 Ge1-xMnx 박막에서 Ge3Mn5 상의 형성과 특성

다결정 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막의 자기적 상들에 관한 연구가 이루어졌다. Molecular beam epitaxy(MBE) 장비를 이용해 $400^{\circ}C$ 에서 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막을 성장시켰다. $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막의 캐리어 유형은 P타입 이였고, 전기 비저항 값은 $4.0{\times}10^{-2}{\sim}1.5{\times}10^{-4}ohm-cm$이었다. 자기적인 특성과 미세구조의 분석에 기초하여 $Ge_{1-x}Mn_x/SiO_2$/Si(100) 박막에 310 K 이내의 큐리에온도를 지닌 강자성의 $Ge_3Mn_5$ 상이 형성되었음을 알 수 있었다. 게다가, $Ge_3Mn_5$ 상이 형성된 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막은 20 K, 9 T의 자기장에서 약 9%의 음의 자기저항을 보였다.