摻雜ZnO半導(dǎo)體磁性及其光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體因其在自旋電子器件上有著很高的潛在應(yīng)用價(jià)值而吸引了國(guó)內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。ZnO在室溫下同時(shí)具有鐵磁性和電子的荷電特性，如何制備出室溫下的稀磁半導(dǎo)體使其可以應(yīng)用于制備自旋電子器件已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)。ZnO作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，有高的激發(fā)能(60meV)、穩(wěn)定的化學(xué)性能和熱性能，并且價(jià)格低廉、資源豐富，所以有廣泛的應(yīng)用前景和豐富的研究?jī)?nèi)容。近年來(lái)，對(duì)ZnO基稀磁半導(dǎo)體的研究方興未艾，但是在一些重要機(jī)理研究上仍然存在很大爭(zhēng)議

2、。例如，Zn(O)基稀磁半導(dǎo)體的磁性起源問(wèn)題、磁性和非磁性元素?fù)诫s對(duì)磁性能的影響以及半導(dǎo)體缺陷在稀磁特性中扮演的角色等。本文選擇非磁性和磁性元素?fù)诫sZn(O)薄膜為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了Mg、 Co摻雜Zn(O)半導(dǎo)體薄膜的稀磁特性，并且結(jié)合光譜技術(shù)探討了Mg、Co∶ZnO薄膜的磁性起源。取得的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、采用脈沖激光沉積(PulsedLaserDeposition，PLD)技術(shù)制備Mg、Co摻雜Zn(O)薄膜，選取

3、單晶Si(100)為薄膜襯底，在不同元素、含量和退火溫度等條件下，研究了薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌、磁學(xué)性能及光學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)表明，摻雜后的薄膜，根據(jù)摻雜含量不同分別具有六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu)和四方相結(jié)構(gòu)，進(jìn)而引起了磁性上的差異。揭示出Zn(O)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與磁性具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，為研制稀磁ZnO半導(dǎo)體材料提供了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
　　2、系統(tǒng)研究了非磁性Mg摻雜Zn(O)薄膜。研究結(jié)果表明，所有Mg摻雜Zn(O)薄膜在室溫下均呈現(xiàn)出鐵磁性。當(dāng)非磁性

4、元素含量較低時(shí)，薄膜具有六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu)，XRD譜線呈現(xiàn)單一的ZnO(002)峰，說(shuō)明樣品為單晶薄膜。當(dāng)Mg含量繼續(xù)增加時(shí)，ZnO(002)峰逐步減弱而MgO(200)峰逐步增強(qiáng)，當(dāng)Mg含量增加到0.25時(shí)，薄膜轉(zhuǎn)化為四方相結(jié)構(gòu)，并且其磁性隨之增強(qiáng)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，氧氣氛和退火溫度對(duì)磁性也產(chǎn)生明顯的影響，氧壓增加對(duì)薄膜的磁性有增大效應(yīng)，而退火溫度的提高會(huì)減弱薄膜的磁性。
　　3、系統(tǒng)研究了磁性元素Co摻雜的ZnO薄膜。研究結(jié)果表明，與M