Spin-dependent transport in Mn doped GaAs and GaN diodes

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.author Holmberg, Heikki
dc.date.accessioned 2012-02-24T09:04:10Z
dc.date.available 2012-02-24T09:04:10Z
dc.date.issued 2008-03-14
dc.identifier.isbn 978-951-22-9260-8
dc.identifier.issn 1795-4584
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/3003
dc.description.abstract The main idea of the thesis was to study experimentally the potential and the possibilities of semiconductor spintronic devices. Spin dependent magnetotransport was studied in different Mn doped GaAs and GaN thin films and diode structures. The ferromagnetic thin films and pn, spin Esaki-Zener tunnel and resonant tunnelling diodes were fabricated from Mn doped GaAs and GaN using the Molecule Beam Epitaxy technique. The magnetotransport measurements consist of, e.g., I-V, resistance and Hall measurements as a function of magnetic field and temperature. In this study also the magnetic field dependence of the current of the ferromagnetic diodes were modeled. In addition, the material studies were carried out using Secondary Ion Mass Spectroscopy and X-ray Diffraction techniques and the magnetization measurements using a magnetometer. The main result of this study was the observation of the tunnelling anisotropic magnetoresistance effect (TAMR) in Mn doped GaAs spin Esaki-Zener tunnel and resonant tunnelling diodes. In the Mn doped GaAs Esaki-Zener diode the TAMR effect was observed at low bias voltages, which makes it possible to fabricate ultra low power spintronic devices. Another important result was that a room temperature ferromagnet of Mn doped GaN can be fabricated by a solid state diffusion method. The effect of Mn doping on the resonant tunnelling diodes with magnetic Mn doped GaAs emitters was also characterized. In addition, the reason why the current of a pn-diode having a lightly doped region is independent of magnetic field, even when some part of the device is magnetic, is given. Also the negative magnetoresistance due to the spin disorder scattering was observed and modeled in Mn doped GaAs and GaN thin films. en
dc.description.abstract Väitöskirjan päätavoite oli kokeellisesti tutkia puolijohdespintroniikkakomponenttien potentiaalia ja mahdollisuuksia. Työssä tutkittiin spinistä riippuvaa sähkönkuljetusta erilaisissa Mn:lla seostetuissa GaAs ja GaN ohutkalvoissa ja diodirakenteissa. Työssä valmistettiin molekyylisuihkuepitaksia menetelmän avulla ferromagneettisia ohutkalvoja, pn-diodeja, spin Esaki-Zener tunneli-diodeja ja resonanssitunnelidiodeja Mn:lla seostetuista GaAs:sta ja GaN:sta. Galvanomagneettiset mittaukset koostuivat mm. virta-jännite, resistanssi- ja Hall-mittauksista magneettikentän ja lämpötilan funktiona. Tutkimuksessa myös mallinnettiin ferromagneettisten diodien havaittuja virran magneettikenttäriippuvuuksia. Lisäksi näytteille tehtiin materiaalitutkimuksia SIMS- ja XRD-menetelmillä ja magnetointimittauksia magnetometrillä. Tutkimuksen päätulos oli tunnelivirran voimakkaan magneettikenttäriippuvuuden ns. TAMR (Tunnel Anisotropic Magnetoresistance) havaitseminen ferromagneettisessa Mn seostetussa GaAs spin Esaki-Zener tunneli- ja resonanssitunnelidiodeissa. TAMR ilmiö havaittiin Mn:lla seostetuissa GaAs Esaki-Zener diodeissa pienillä bias-jännitteillä, joka tekee mahdolliseksi erittäin pienen tehonkulutuksen omaavan spintroniikkakomponentin valmistamisen. Toinen merkittävä tulos oli, että tutkimuksessa onnistuttiin valmistamaan diffuusion avulla Mn seostutettuja GaN ohutkalvoja, jotka ovat ferromagneettisia huoneenlämpötilassa. (Ga,Mn)As resonanssitunnelidiodin virran riippuvuutta Mn seostuksesta tutkittiin. Lisäksi työssä selitettiin, miksi heikosti seostetun pn-diodin virta ei riipu magneettikentästä, vaikka jokin pn-diodin osa olisi magneettinen. Mn seostetuissa GaAs ja GaN ohutkalvoissa havaittiin myös spin-epäjärjestys sirontaa ja negatiivista magnetoresistanssia. fi
dc.format.extent 59, [51]
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Helsinki University of Technology en
dc.publisher Teknillinen korkeakoulu fi
dc.relation.ispartofseries TKK dissertations en
dc.relation.ispartofseries 108 en
dc.relation.haspart H. Holmberg, N. Lebedeva, S. Novikov, J. Ikonen, P. Kuivalainen, M. Malfait, and V. V. Moshchalkov, Large magnetoresistance in a ferromagnetic GaMnAs/GaAs Zener diode, Europhysics Letters 71 (5), 811-816 (2005). [article1.pdf] © 2005 EDP Sciences. By permission.
dc.relation.haspart H. Holmberg, N. Lebedeva, S. Novikov, P. Kuivalainen, M. Malfait, V. V. Moshchalkov, and P. Kostamo, Magnetotransport properties of a room-temperature ferromagnet (Ga, Mn)N, IEEE Transactions on Magnetics 41 (10), 2736-2738 (2005). [article2.pdf] © 2005 IEEE. By permission.
dc.relation.haspart H. Holmberg, N. Lebedeva, S. Novikov, P. Kuivalainen, M. Malfait, and V. V. Moshchalkov, Magnetotransport in ferromagnetic (Ga, Mn)As and (Ga, Mn)N pn-diodes, IEEE Transactions on Magnetics 42 (10), 2712-2714 (2006). [article3.pdf] © 2006 IEEE. By permission.
dc.relation.haspart H. Holmberg, N. Lebedeva, S. Novikov, P. Kuivalainen, M. Malfait, and V. V. Moshchalkov, Electrical transport in Mn-doped GaAs pn-diodes, physica status solidi (a) 204 (3), 791-804 (2007).
dc.relation.haspart H. Holmberg, N. Lebedeva, S. Novikov, M. Mattila, P. Kuivalainen, G. Du, X. Han, M. Malfait, and V. V. Moshchalkov, Magnetotransport of holes through an AlAs/GaAs/AlAs resonant tunnelling quantum well with a ferromagnetic Ga<sub>1−x</sub>Mn<sub>x</sub>As emitter, physica status solidi (a) 204 (10), 3463-3477 (2007).
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.title Spin-dependent transport in Mn doped GaAs and GaN diodes en
dc.title Spinistä riippuva sähkönkuljetus Mn seostetuissa GaAs ja GaN diodeissa fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.description.version reviewed en
dc.contributor.school Faculty of Electronics, Communications and Automation en
dc.contributor.school Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta fi
dc.contributor.department Department of Micro and Nanosciences en
dc.contributor.department Mikro- ja nanotekniikan laitos fi
dc.subject.keyword semiconductor en
dc.subject.keyword spintronics en
dc.subject.keyword tunneling en
dc.subject.keyword diode en
dc.subject.keyword magnetotransport en
dc.subject.keyword manganese en
dc.subject.keyword gallium arsenide en
dc.subject.keyword gallium nitride en
dc.subject.keyword puolijohde fi
dc.subject.keyword spintroniikka fi
dc.subject.keyword tunnelointi fi
dc.subject.keyword diodi fi
dc.subject.keyword galvanomagneettisuus fi
dc.subject.keyword Mn fi
dc.subject.keyword GaAs fi
dc.subject.keyword GaN fi
dc.identifier.urn urn:nbn:fi:tkk-011313
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account