Annealing Effect on Magnetic and Electrical Properties of Amorphous Ge1-xMnx Thin Films

Amorphous $Ge_{1-x}Mn_x$ semiconductor thin films grown by low temperature vapor deposition were annealed, and their electrical and magnetic properties have been studied. The amorphous thin films were $1,000{\sim}5,000\;{\AA}$ thick. Amorphous $Ge_{1-x}Mn_x$ thin films were annealed at $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $600^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$ for 3 minutes in high vacuum chamber. X-ray diffraction analysis reveals that as-grown $Ge_{1-x}Mn_x$ semiconductor thin films are amorphous and are crystallized by annealing. Crystallization temperature of amorphous $Ge_{1-x}Mn_x$ semiconductor thin films varies with Mn concentration. Amorphous $Ge_{1-x}Mn_x$ thin films have p-type carriers and the carrier type is not changed during annealing, but the electrical resistivity increases with annealing temperature. Magnetization characteristics show that the as-grown amorphous $Ge_{1-x}Mn_x$ thin films are ferromagnetic and the Curie temperatures are around 130 K. Curie temperature and saturation magnetization of annealed $Ge_{1-x}Mn_x$ thin films increase with annealing temperature. Magnetization behavior and X-ray analysis implies that formation of ferromagnetic $Ge_3Mn_5$ phase causes the change of magnetic and electrical properties of annealed $Ge_{1-x}Mn_x$ thin films.

비정질 Ge1-xMnx 박막의 전기적, 자기적 특성에 미치는 열처리 효과

저온 증착법으로 성장시킨 비정질 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막을 열처리하여 전기적, 자기적 특성을 연구하였다. 비정질 박막의 두께는 $1,000{\sim}5,000\;{\AA}$이고 비정질 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막을 고 진공 분위기 하에서 각각 $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $700^{\circ}C$ 온도에서 3분 동안 열처리 하였다. 원 시료의 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막을 X-선 회절로 분석해보면 비정질 구조를 보였지만 열처리를 함으로써 결정화되었다. 비정질 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막에서 결정화가 이루어진 온도는 Mn 농도에 따라 변화하였다. 비정질 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막은 p형 캐리어를 가지고 있고 열처리 동안에도 캐리어 형태는 변하지 않았다. 하지만, 전기 비저항은 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 자기적 특성에서 원 시료의 비정질 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막은 강자성특성을 보이면서 큐리온도는 약 130 K 정도이다. 열처리한 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막의 큐리온도와 포화 자화값은 열처리 온도에 따라 증가한다. 자화거동과 X-선 분석을 통해 열처리한 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막에 전기적, 자기적 특성의 변화는 강자성 $Ge_3Mn_5$ 상이 형성되었음을 나타낸다.