ZnO基稀磁半導(dǎo)體的X射線吸收譜學(xué)研究.pdf

1、本論文主要利用同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS：EXAFS和XANES)技術(shù)，并結(jié)合X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜分析(XPS)和超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)等實(shí)驗(yàn)手段，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了利用脈沖激光沉積法(PLD)制備的過渡金屬摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和性能。利用XAFS和SQUID方法詳細(xì)研究了在空氣中退火前后的Co摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體的局域結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)變化特點(diǎn)；利用XAFS和XPS研究共摻雜Cr原子能夠調(diào)

2、控ZnO基體中Co原子分布形式的微觀機(jī)理。這些研究結(jié)果為深入了解Co摻雜ZnO體系的鐵磁性來源以及制備出應(yīng)力分布均勻，性能良好的ZnO基稀磁半導(dǎo)體提供了實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。
　　 1.O空位在Zn0.98Co0.02O稀磁半導(dǎo)體薄膜中扮演的角色
　　 XAFS、XRD、SQUID研究了利用脈沖激光沉積法(PLD)在Si(001)襯底上制備出的Zn0.98Co0.02O薄膜樣品在空氣中退火前后的局域結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)。盡管XRD和

3、EXAFS結(jié)果表明退火前后Zn0.98Co0.02O的長(zhǎng)程有序和短程有序結(jié)構(gòu)幾乎沒有發(fā)生變化，但樣品的磁學(xué)性質(zhì)從退火前的鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)橥嘶鸷蟮捻槾判?。而XANES的實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果表明，在退火后的樣品中O空位幾乎完全消失了，這意味著樣品中的氧空位在Co摻雜ZnO體系的磁學(xué)性質(zhì)中扮演了一個(gè)重要的角色。
　　 2.Cr調(diào)控Co∶ZnO稀磁半導(dǎo)體中Co原子分布形式的機(jī)理研究
　　 我們探討了共摻雜的Cr原了對(duì)Zn0.92Co0

4、.08O樣品中Co原了分布的影響。XAFS結(jié)果表明在樣品Zn0.92Co0.08O中、Co原子以替代位和Co團(tuán)簇兩種形式存在。而在摻雜了Cr原子之后，Co團(tuán)簇消失，樣品中的所有Co原子都是以替代位形式存在。這表明了通過Cr摻雜能有效調(diào)控Co原子在ZnO基體中的分布形式?；赬ANES和XPS的實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果表明，摻雜的Cr原了是以+3價(jià)的Cr離子替代了ZnO中的Zn原子，而第一性原理計(jì)算進(jìn)一步表明，替代位Cr3+離子在ZnO的帶隙中