Annealing Effect on Magneto-transport Properties of Amorphous Ge1-xMnx Semiconductor Thin Films

Amorphous $Ge_1$_$_xMn_x$ semiconductor thin films grown by low temperature vapor deposition were annealed at various temperatures from 400 to $700^{\circ}C$ for 3 minutes in high vaccum chamber. The electrical and magnetotransport properties of as-grown and annealed samples have been studied. X-ray diffraction patterns analysis revealed that the samples still maintain amorphous state after annealling at $500^{\circ}C$ for 3 minutes and they were crystallized when annealing temperature increase to $600^{\circ}C$. Temperature dependence of resistivity measurement implied that as-grown and annealed $Ge_1$_$_xMn_x$ films have semiconductor characteristics, the increase of resistivity with annealling temperature was obseved. The $700^{\circ}C$-annealed sample exhibited negative magnetoresistance (MR) at low temperatures and the MR ratio was ${\sim}$8.5% at 10 K. The asymmetry was present in all MR curves. The anomalous Hall Effect was also observed at 250 K.

비정질 Ge1-xMnx 박막의 자기수송특성에 미치는 열처리 효과

비정질 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막을 $400^{\circ}C$에서 $700^{\circ}C$까지 온도범위에서 각 3분씩 고진공챔버($10^{-8}$ torr)에서 열처리하였고, as-grown 시료와 열처리한 시료의 전기적 특성과 자기수송특성을 연구하였다. 성분함량은 energy dispersive X-ray spectroscopy(EDS)와 x-ray photoelectron spectroscopy(XPS)로 측정하였으며, 박막의 구조분석은 x-ray diffractometer(XRD)와 transmission electron microscopy(TEM)를 이용하였다. 자성특성은 여러 범위의 자기장에서 Magnetic property measure system(MPMS)를 이용하였다. 박막의 전기적 특성은 standard four-point probe와 Physical property measurement system(PPMS)로 측정하였으며, van der Pauw 방법을 사용하여 Anomalous Hall effect를 측정하였다. X-ray 회절 패턴 분석을 통해 $500^{\circ}C$에서 3분 동안 열처리한 시료는 여전히 비정질 상태인 것을 알 수 있었으며, $600^{\circ}C$의 열처리 온도에서 결정화를 확인할 수 있었다. as-grown $Ge_1$_$_xMn_x$ 박막과 열처리한 $Ge_{1-x}Mn_x$ 박막을 온도에 따른 비저항 값의 변화를 측정하였고, 반도체의 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한 열처리 온도가 높을수록 비저항도 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. $700^{\circ}C$에서 열처리한 $Ge_1$_$_xMn_x$ 박막은 저온에서 negative magnetoresistance(MR)을 확인할 수 있었고, MR ratio는 10 K에서 약 8.5 %를 보였다. 모든 MR 그래프에서 curve의 비대칭을 확인 할 수 있었으며, anomalous Hall Effect는 약하지만 250 K까지 관측이 되었다.