(Al,Co)共摻雜ZnO薄膜制備與性能研究.pdf

1、ZnO是一種寬禁帶半導(dǎo)體，在光電子、自旋電子和透明電子薄膜等諸多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。最近研究發(fā)現(xiàn)，在ZnO中摻雜Co等3d過渡族金屬元素，可以制備出居里溫度高于室溫的稀磁半導(dǎo)體。這類材料結(jié)合了光效應(yīng)和磁效應(yīng)，可以用來制作自旋發(fā)光二極管、自旋極化太陽能電池和磁光開關(guān)等器件，這將為信息技術(shù)帶來革命性的變化。
　　 本文采用脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)，在單晶Si(100)襯底上制備出高c軸取向的ZnAlCoO薄膜，系統(tǒng)研究了不同A

2、l、Co含量薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和磁學(xué)性能，并就制備工藝進(jìn)行了探索，優(yōu)化了工藝條件，主要研究內(nèi)容如下：
　　 1、XRD譜線分析表明，所有ZnAlCoO薄膜都具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，且沿(002)方向擇優(yōu)生長。實(shí)驗(yàn)表明，薄膜厚度對ZnO層結(jié)晶有很大的影響，適當(dāng)?shù)腪nO層厚度，可以獲得高結(jié)晶質(zhì)量的ZnO薄膜。分析還表明，在ZnAlCoO薄膜中，Al、Co含量存在一個(gè)最佳比值，使得薄膜具有最好的結(jié)晶質(zhì)量。
　　 2、采用光致發(fā)光(P

3、L)光譜手段系統(tǒng)研究了樣品的發(fā)光特性。PL譜分析表明，Co含量的增加導(dǎo)致薄膜的發(fā)光譜線發(fā)生明顯變化，薄膜的缺陷發(fā)光峰增強(qiáng)，薄膜中除了本征缺陷Vzn、Vo和Zno之外，還出現(xiàn)一定濃度的Zni缺陷。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高濃度的Al摻雜，導(dǎo)致薄膜可見發(fā)光峰強(qiáng)度增強(qiáng)，其中，Vzn.Zni的可見發(fā)光峰強(qiáng)度具有明顯的增強(qiáng)效應(yīng)。
　　 3、磁性測量表明，所有樣品中都出現(xiàn)缺陷誘導(dǎo)的室溫鐵磁性。其中，Vzn和Zni兩種缺陷對磁性的影響最大。分析表明，V

4、zn淺受主缺陷態(tài)與Co的3d電子軌道雜化是形成鐵磁性的主要原因。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Zni施主缺陷通過影響與Co的3d電子態(tài)之間的電子躍遷數(shù)量對磁性產(chǎn)生影響。
　　 4、系統(tǒng)研究了H退火對樣品結(jié)構(gòu)和性能的影響。XRD譜線分析表明，H氣氛處理之后，薄膜結(jié)晶質(zhì)量變好。同時(shí)PL譜測試表明，H退火之后，ZnAlCoO薄膜的紫外發(fā)光峰得到增強(qiáng)。而對于高濃度Al摻雜的樣品，H退火明顯地抑制了可見光譜區(qū)域的缺陷峰強(qiáng)度。磁測量表明，樣品在H處理之后仍