Co摻雜的ZnO基稀磁半導(dǎo)體.pdf

1、到目前為止,21世紀(jì)在磁學(xué)領(lǐng)域最驚人且具有潛在的巨大價(jià)值的發(fā)現(xiàn)可能就是在像ZnO和TiO2這樣的半導(dǎo)體或絕緣體中摻雜少量的過渡金屬離子(如V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)后它們就會在室溫以上呈現(xiàn)出鐵磁性。ZnO作為一種直接帯隙的半導(dǎo)體材料在很多領(lǐng)域具有重要應(yīng)用,而過渡金屬摻雜的ZnO在自旋電子學(xué)領(lǐng)域被寄予厚望.自旋電子學(xué)是基于這樣一個(gè)概念:除了利用載流子的電荷性質(zhì)外,還利用載流子量子力學(xué)上的自旋性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)電子的功能.伴隨著自旋電子器件

2、的發(fā)展,稀磁半導(dǎo)體—半導(dǎo)體材料中摻雜少量的磁性離子—正在被積極的研究。
　　制備ZnO基稀磁半導(dǎo)體的方法有很多,包括脈沖激光沉積法(PLD)、溶膠-凝膠法(sol-gel)、原子層外延(ALE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、濺射法、超聲噴霧熱解等.其中,激光分子束外延技術(shù)是近年來在傳統(tǒng)分子束外延和脈沖激光沉積技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的具有高精度的制備薄膜的新型技術(shù),它是在超高真空環(huán)境中將高能激光束入射到靶

3、材上形成等離子體沉積在襯底上形成薄膜材料.在實(shí)驗(yàn)中就是采用激光分子束外延技術(shù)生長了結(jié)晶質(zhì)量良好的具有室溫鐵磁性的Co摻雜的ZnO稀磁半導(dǎo)體薄膜材料.
　　本研究利用激光分子束外延方法分別在藍(lán)寶石襯底和硅襯底上生長了高質(zhì)量的ZnCoO薄膜,并對氧分壓、襯底溫度及薄膜中Co元素的存在形式對薄膜結(jié)構(gòu)和磁性的影響進(jìn)行了分析.主要內(nèi)容如下:
　　1.介紹了ZnO基稀磁半導(dǎo)體的研究歷史、制備方法及研究的意義.
　　2.介紹了激光分

4、子束外延的方法,并利用激光分子束外延技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上生長了高質(zhì)量的具有室溫鐵磁性的ZnCoO薄膜.
　　3.研究了氧分壓對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響,對不同氧分壓下生長的ZnCoO薄膜進(jìn)行了X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、紫外—可見光(UV-Vis)透射光譜、Raman譜及光致發(fā)光譜(PL)等測試.
　　4.研究了Co元素的價(jià)態(tài)對ZnCoO薄膜磁性的影響,在差別較大的生長條件下在藍(lán)寶石襯底上生長了ZnCoO薄膜