In2O3基薄膜的d0鐵磁性及光、電特性研究.pdf

1、d0鐵磁性是近年來出現(xiàn)的一種新的磁現(xiàn)象,它突破了傳統(tǒng)的由部分填充的d或f電子的磁性原子所構(gòu)成的磁性材料,實現(xiàn)了非磁物質(zhì)的室溫鐵磁性。其出現(xiàn)不僅給當(dāng)前的磁性理論體系提出了新的挑戰(zhàn),且有效地規(guī)避了稀磁半導(dǎo)體中難以排除鐵磁性第二相的問題,因此,對d0鐵磁性材料進(jìn)行研究對磁性半導(dǎo)體的鐵磁性起源及其在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。
　　氧化銦(In2O3)作為一種寬禁帶半導(dǎo)體具有很好的光、電和氣敏特性,但難以獲得穩(wěn)定的p型導(dǎo)電和室溫

2、鐵磁性阻礙了其更廣泛的應(yīng)用。為此,本文針對純的及氮摻雜氧化銦薄膜的結(jié)構(gòu)、鐵磁性、光學(xué)及電學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要開展了如下工作:
　　1.利用射頻磁控濺射制備了沿(222)方向取向生長的多晶In2O3薄膜,系統(tǒng)地分析了生長氛圍和真空退火對In2O3薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)、電學(xué)及鐵磁特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),對于純的In2O3薄膜,當(dāng)氧氬流量比為15:15時會發(fā)生導(dǎo)電類型由n型向p型的轉(zhuǎn)變,表明通過調(diào)節(jié)制備過程中氧氬流量比可有效地調(diào)控樣品

3、內(nèi)的載流子類型;薄膜中存在室溫鐵磁性,其飽和磁化強(qiáng)度的大小隨氧氬流量比的增大呈非單調(diào)變化,在不同導(dǎo)電區(qū)域內(nèi)薄膜的磁性起源不同;另外,對In2O3薄膜進(jìn)行真空退火處理后,發(fā)現(xiàn)真空退火可有效地增強(qiáng)薄膜的鐵磁性,樣品的飽和磁化強(qiáng)度由0.5增強(qiáng)為5.5emu/cm3。
　　2.利用磁控濺射和熱氧化法制備了氮摻雜的In2O3薄膜,系統(tǒng)地分析了生長氣氛、退火溫度及時間對N-In2O3薄膜的結(jié)構(gòu)、帶隙及磁性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),對于用磁控濺射法制備

4、的N-In2O3薄膜,在低于氮的溶解度極限時,薄膜的飽和磁化強(qiáng)度隨N2流量的增大逐漸增強(qiáng),在氮氬流量比為10:20時獲得最大值3.5emu/cm3,表明N的引入可有效地增強(qiáng)薄膜的室溫鐵磁性;同時,隨著N2流量的增加,薄膜的結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)由方鐵錳的In2O3結(jié)構(gòu)向纖鋅礦的InN結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,光學(xué)帶隙由3.74eV單調(diào)遞減為2.25eV,即N摻雜能在一個很大的能量范圍內(nèi)對In2O3薄膜的帶隙進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外,合理地控制InN薄膜的熱氧化溫度和時間也