THIN FILMS GROWTH AND STUDY OF MANGANESE DOPED ZINC NITRIDE DILUTE MAGNATIC SEMICONDUCTORS FOR SPINTRONIC APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Version Thesis-Ali.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2025. Download (3MB)

Arabic Abstract

اجهزه الالكترونيات المغزليه مجال ناشئه في الفيزياء حيث ان عزم الالكترون تقترن مع الشحنه الالكترونيه أشباه الموصلات المغنطيسيه المخففه فرع من المواد يستخدم في أجهزه الالكترونيات المغزليه. اشباه الموصلات المغنطيسيه المخففه يتم تحضيرها باىشابه أشباه الموصلات بكميه قليله من العناصر الانتقاليه. الماده الناتجه تكون شبه موصل ولها خواص مغناطيسيه في نفس الوقت .في هذا البحث تم تحضير ودراسه الاغشيه الرقيقه من أشباه الموصلات المغنطيسيه المخففه لنتريد الزنق المشوب بالمانجنيز عن طريق قذف هدف الزنق باستخدام مدفع رش يعمل بالتيار المباشر بينما تم قذف هدف المنجنيز باستخدام مدفع رش يعمل بالتيار المتردد في وجود غازي الارجون والنتروجين لتكوين اشباه الموصلات المغنطيسيه المخففه بتراكيز مختلفه من المنجنيز في الافلام الرقيقه .تمت دراسه الخواص التركيبيه ,السطحيه, البصريه ,الكهربيه والكميائيه بإستخدام حيود الاشعه السينيه ,الفحص المجهري للقوة الذريه,القياس الطيفي ,أثر هول والتحليل الطيفي الضوئي للاشعه السينيه .زياده تراكيز نسب المنجنيز المختلفه في الافلام الرقيقه لنتريد الزنق اثرت على الخواص التركيبيه ,السطحيه, البصريه ,الكهربيه والكيميائيه للافلام الرقيقه.أكدت دراسه حيود الاشعه السينيه أن كل هذه الافلام الرقيقه المحضره متعدده الكريستالات في طبيعتها. وجدت ان هنالك ازاحه ناحيه الطيف الاحمر في فجوه حزمه الطاقه عند زياده تركيز المنجنيز في نتريد الزنق. أكدت دراسه أثر هول بأن كل هذه الافلام أشباه موصلات من النوع السالبه و أن كثافه حاملات الشحنه أعلى في الافلام التي تحتوي على تراكيز عاليه من المنجنيز.أكدت التحليل الطيفي الضوئي للاشعه السينيه أن هذه الافلام تحتوي على عنصر المنجنيز نسبه لوجود اوربتال مستوى الطاقه الثاني للمنجنيز. ووجدت أن المنجنيز في حالات الأكسده الثانيه , الثالثه والرابعه في الافلام المحضره.

English Abstract

Spintronics is an emerging field of physics where spin of the charge carriers is combined with the traditional electronics. Dilute magnetic semiconductors are a class of materials (DMS) that can be used in spintronic applications. DMS are formed by lightly doping a semiconductor with a transition metal element of uncompensated spin. The resultant material will be ferromagnetic as well as semiconductor. Here we report the growth and study of manganese doped zinc nitride thin films to fabricate DMS. Thin films were grown by RF/DC magnetron sputtering on Si (100) and glass substrates at different Mn concentration in the films. The films were studied using spectrophotometry, X-ray diffraction, Hall effect measurement, atomic force microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The concentration of manganese dopants in zinc nitride films affected the surface morphology as well the optical, electronic, and chemical properties of the films. XRD diffractometer study revealed that all the grown films are polycrystalline in nature with a prominent Zn3N2 (411) peak presents in all the films. A red shift in the bandgap was observed with the increase in manganese concentration in the films. Hall Effect measurement revealed that all the grown films are n-type semiconductors and carrier density of the films is higher for the films with higher concentration of manganese. X-ray photoelectron spectroscopy confirmed the presence of manganese in the films due to existing of Mn 2p peaks in the films and the manganese was found to be in the second (Mn+2), third (Mn+3) and fourth (Mn+4) oxidation state. Magnetoresistance measurements have confirmed the existence of magnetization in the films due to change the electric resistance of the films with the applied magnetic field.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Haider, Muhammad
Committee Members:	Ali Ali Al Ziq, Khalil and Alam, Khan
Depositing User:	ALI SULIEMAN (g202102970)
Date Deposited:	03 Oct 2024 08:05
Last Modified:	03 Oct 2024 08:05
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143067