Cu摻雜ZnO稀磁半導體的制備、微觀結(jié)構(gòu)和磁特性研究.pdf

1、ZnO基稀磁半導體在實現(xiàn)電荷和自旋的同時操縱方面有極大的應用價值,是制備自旋電子學器件的首選材料,如何研制出具有室溫鐵磁性的ZnO稀磁半導體,使其制備的自旋器件在室溫下能夠應用,是當前人們研究的熱點。盡管有許多關于其室溫鐵磁性的報道,但是這些觀察到的鐵磁性是源于摻雜離子的替位效應還是其偏析物一二次相或團簇,存在較大爭議。究其原因是常規(guī)分析手段(如XRD)很難探測到稀磁半導體中低濃度摻雜離子的詳細結(jié)構(gòu)信息,而磁性來源和ZnO稀磁半導體的微

2、觀結(jié)構(gòu)是密切相關的。所以選擇靈敏度高的分析手段來研究ZnO稀磁半導體的微觀結(jié)構(gòu)是了解其磁性來源的關鍵。另外,為了避免二次相或團簇問題,選擇非磁性元素(如Cu)作為摻雜劑,目前是人們關注的焦點。本論文選擇Cu作為摻雜劑并使用高靈敏的同步輻射X射線衍射(SR-XRD)和X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜(XAFS)結(jié)合質(zhì)子激發(fā)X射線熒光技術(PIXE)、X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜(Raman Spectrum)和交變梯度磁強計(AGM)等多種分

3、析手段對Zn1-xCuxO稀磁半導體的微觀結(jié)構(gòu)和磁性進行詳細研究,得到了一些有價值的研究結(jié)果。
　　1.使用經(jīng)過恢復和改造的磁控濺射鍍膜機,采取射頻磁控濺射和復合靶技術,在藍寶石(Al2O3)襯底上制備了一系列Zn1-xCuxO薄膜。
　　2.用PIXE測量了樣品中Cu的含量,結(jié)果表明樣品中除了Cu,沒有如Mn、Fe、Co和Ni等鐵磁性雜質(zhì)。普通XRD和SR-XRD結(jié)果均表明樣品呈現(xiàn)ZnO六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),沒有發(fā)現(xiàn)Cu團簇和C

4、uO、Cu2O等二次相。同步輻射擴展X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜(EXAFS)結(jié)果表明Cu替位Zn進入了ZnO晶格,但是替位使Zn1-xCuxO處于中等無序狀態(tài),這也被Raman光譜所證實。XPS譜中的Cu2+獨有的衛(wèi)星峰,表明樣品中存在+2價的替位Cu,+2價的Cu能夠提供局域磁矩。
　　3.交變梯度磁強計(AGM)測量結(jié)果表明Zn1-xCuxO薄膜樣品在室溫呈現(xiàn)明顯的鐵磁行為。根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果,認為所觀察到的室溫鐵磁性應該是本征的