Abstract
本論文研究主要是利用離子佈植將鎳（Ni）摻雜於氮化鎵中（GaN），以期合成氮化鎳鎵(Ga,Ni)N稀磁半導體。實驗中，為有效效降低輻射損傷對表面所造成的缺陷，特地在佈植前於氮化鎵表面以濺鍍（sputter）的方式，鍍上一層厚度約10nm之鎳膜作為缺陷阻擋層，且佈植後，利用濕蝕刻20分鐘以完整去除此鎳膜，再接以進行不同條件之熱退火處理，包括500℃、700℃、800℃退火以及一組未退火試片。分析顯微結構的部分，利用穿透式電子顯微鏡（TEM）及X光能量分散譜儀（EDX），瞭解有無第二相之析出形成，以及鎳原子在氮化鎵中分佈情形，進一步觀察不同退火條件下，晶格的回復程度。再藉由X光繞射分析（XRD）對試片進行整體性分析，觀察試片隨著退火溫度的不同是否有其他第二相析出物的形成。最後，以超導量子干涉儀（SQUID）來量測經不同熱退火條件處理後，氮化鎳鎵(Ga,Ni)N稀磁半導體之磁性質變化。 實驗中我們觀察到，缺陷阻擋層的存在確實能有效的避免表面非晶質化現象的發生，且此缺陷阻擋層亦能藉由濕蝕刻方式完整去除，而不至於影響磁性質的量測結果。利用X光繞射及TEM之擇區繞射花樣（SADP）分析發現，實驗所設定的退火條件均不會使試片產生第二相析出物。再利用X光能量分散譜儀分析發現，不同退火條件下，鎳原子於氮化鎵中的分佈情形均類似於高斯分佈曲線，且隨著退火溫度的升高，鎳原子有朝表層移動的趨勢。同時，佈植後之氮化鎵內有許多疊差等面缺陷存在於其中，隨著退火溫度的提升，晶格中缺陷有被逐步修復的情形。當退火條件達800℃五分鐘，則晶格有較佳的回復程度。除此之外，隨著退火溫度的提升，試片的電洞濃度亦有隨之增加的趨勢。最後從超導量子干涉儀分析中，我們發現經800℃五分鐘之熱退火處理，氮化鎳鎵(Ga,Ni)N稀磁半導體呈現一顯著之鐵磁性，且其居禮溫度可達300K左右。