過渡金屬摻雜ZnO薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)作為一種Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶半導(dǎo)體材料,通過摻雜過渡金屬元素能夠?qū)崿F(xiàn)其室溫鐵磁性,并且能夠在一定程度上改變ZnO薄膜的生長(zhǎng)取向,這對(duì)非極性ZnO薄膜的制備具有一定的借鑒意義。ZnO基稀磁半導(dǎo)體在自旋電子學(xué)、光電子領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景,而非極性ZnO薄膜的研究則有助于提高ZnO基發(fā)光器件的發(fā)光效率。
　　 本文采用射頻磁控濺射在石英襯底制備Fe摻雜和Fe-Ga共摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體;采用脈沖激光沉積法制備ZnCo

2、O以及ZnMnO薄膜,具體研究結(jié)果如下:
　　 1.Ar/O2氣氛下制備的Fe摻雜ZnO薄膜經(jīng)過快速退火處理后,室溫鐵磁性得到了增強(qiáng)。純Ar條件下制備的薄膜都呈現(xiàn)n型導(dǎo)電,而Ga元素的摻入使得薄膜中的電子濃度得到明顯提高。ZnO薄膜中Fe元素的呈現(xiàn)+3價(jià)態(tài)。磁學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)薄膜的室溫鐵磁性依賴于Fe元素的摻雜濃度,Ga元素的摻入也增強(qiáng)了Zn1-xFexO薄膜的鐵磁性。我們分析認(rèn)為,薄膜的室溫鐵磁性來源于氧空位相關(guān)的束縛磁極子之間

3、的耦合作用。
　　 2.研究ZnCoO以及Zn(Co,Ga)O薄膜的結(jié)構(gòu)形貌和電學(xué)、光學(xué)及磁學(xué)等性能發(fā)現(xiàn),Ga摻雜后ZnCoO薄膜的擇優(yōu)取向由(002)向(101)轉(zhuǎn)變,并且在玻璃襯底的Zn(Co,Ga)O薄膜具有更為單一的(101)取向,我們分析認(rèn)為,Ga的摻入是引起生長(zhǎng)取向轉(zhuǎn)交的重要因素。此外,相比ZnCoO,Zn(Co,Ga)O薄膜的電學(xué)性能明顯提高,光學(xué)帶隙藍(lán)移,同時(shí)具有較好的室溫鐵磁性。
　　 3.Zn(Mn,