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분자선 증착법에 의해 성장한 MnTe 박막의 자기적 및 전기수송 특성
김우철,배성환,김삼진,김철성,김광주,윤정범,정명화,Kim, Woo-Chul,Bae, Sung-Whan,Kim, Sam-Jin,Kim, Chul-Sung,Kim, Kwang-Joo,Yoon, Jung-Bum,Jung, Myung-Hwa 한국자기학회 2007 韓國磁氣學會誌 Vol.17 No.2
분자선 증착법을 이용하여 MnTe 박막을 Si(100):B 및 Si(111) 기판 위에 성장시켰다. 두개의 K-cell을 사용하여 기판온도 $400^{\circ}C$ 및 Te가 풍부한 조건에서 MnTe 합성이 잘 이루어졌다. 이 경우 증착속도는 $1.1 {\AA}/s$이었고 성장된 층의 두께는 $700{\AA}$ 정도이었다. 합성된 MnTe 박막들에 대하여 X선회절, 초전도 양자 간섭계, Physical Property Measurement System, 홀효과 측정 등을 사용하여 그 구조적, 자기적, 전기적 특성들을 조사하였다. X선회절 측정 결과 Si(100) : B및 Si(111)기판 위에 성장된 MnTe는 다결정성의 hexagonal 구조를 나타내었으며, 자기적, 전기적 특성 측정 결과 분말형태의 MnTe와 비교하여 매우 다른 특성을 나타내었다. Zero-field-cooling(ZFC) 및 field-cooling(FC) 조건에서 취해진 자화율 측정에서 다결정 박막은 21 K, 49K, 210K 근처에서 자기적 전이 현상을 보였으며, ZFC와 FC 자화율 사이의 큰 불가역성이 나타났다. MnTe박막의 5K와 300K에서의 자기이력곡선은 강자성 상태를 나타내었으며 잔류자화값과 보자력은 5 K에서 $M_R= 3.5emu/cm^3$와 $H_c=55Oe$를, 300 K에서 $M_R= 2.1emu/cm^3$와 $H_c=44Oe$로 나타났다. 전기수송 특성 측정 결과, 온도에 따른 비저항은 저온에서 Mott variable range hopping 전도특성을 나타내는 전형적인 반도체 성질을 보여주었다. MnTe layers of high crystalline quality were successfully grown on Si(100) : B and Si(111) substrates by molecular beam epitaxy (MBE). Under tellurium-rich condition and the substrate temperature around $400^{\circ}C$, a layer thickness of $700{\AA}$ could be easily obtained with the growth rate of $1.1 {\AA}/s$. We investigated the structural, magnetic and transport properties of MnTe layers by using x-ray diffraction (XRD), superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometry, and physical properties measurement system (PPMS). Characterization of MnTe layers on Si(100) : B and Si(111) substrates by XRD revealed a hexagonal structure of polycrystals with lattice parameters, ${\alpha}=4.143{\pm}0.001{\AA}\;and\;c=6.707{\pm}0.001{\AA}$. Investigation of magnetic and transport properties of MnTe films showed anomalies unlike antiferromagnetic powder MnTe. The temperature dependence of the magnetization data taken in zero-field-tooling (ZFC) and field-cooling (FC) conditions indicates three magnetic transitions at around 21, 49, and 210 K as well as the great irreversibility between ZFC and FC magnetization in the films. These anomalies are attributable to a magnetic-elastic coupling in the films. Magnetization measurements indicate ferromagnetic behaviour with hysteresis loops at 5 and 300 K for MnTe polycrystalline film. The coercivity ($H_c$) values at 5 and 300 K are 55 and 44 Oe, respectively. In electro-transport measurements, the temperature dependence of resistivity revealed a noticeable semiconducting behaviours and showed conduction via Mott variable range hopping at low temperatures.
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