PLD（脈沖激光沉積法）制備ZnO基稀磁半導(dǎo)體薄膜及其性能研究.pdf

1、DMS(稀磁半導(dǎo)體)同時應(yīng)用了電子電荷和自旋性質(zhì)，因此可以直接與現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件集成，可以用來制備各種超低能量消耗高密度的信息存儲器、邏輯器和自旋偏振光發(fā)射器等集成了光、電、磁功能的新型器件。稀磁半導(dǎo)體是具有自旋極化的半導(dǎo)體，通常稀磁半導(dǎo)體的制備是采用少量3d過渡族元素?fù)饺氲桨雽?dǎo)體材料中使之產(chǎn)生鐵磁性，而同時保持其半導(dǎo)體特性。Dietl等人采用平均場近似從理論上預(yù)言了幾種可能達(dá)到室溫的鐵磁半導(dǎo)體材料，包括ZnO和GaN基化合物。正是在此

2、預(yù)言的影響下，ZnO基稀磁半導(dǎo)體，也稱為3d族元素?fù)诫sZnO基材料，成為近年來研究熱點(diǎn)之一。 氧化鋅(ZnO)是一種直接寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料，其室溫禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，其激子能夠在室溫及以上溫度下穩(wěn)定存在，是制備半導(dǎo)體激光器(LDs)、發(fā)光二極管(LEDs)等半導(dǎo)體器件的理想材料。ZnO還具有熱穩(wěn)定性好，外延生長溫度低，抗輻射能力強(qiáng)，來源豐富，成本低廉，無毒無污染等優(yōu)點(diǎn)，并且由于ZnO晶體的極性生

3、長特征，過渡組金屬離子易于摻雜，可制備性能良好的稀磁半導(dǎo)體，近來年成為稀磁半導(dǎo)體主要研究材料。 本文在總結(jié)了ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料及其器件研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上在Si(100)、石英以及玻璃襯底上生長過渡金屬離子等摻雜的ZnO薄膜。主要的研究工作如下： 1.單獨(dú)摻雜Co元素的ZnO薄膜的制備與表征。采用PLD方法在Si襯底上生長Co摻雜的ZnO薄膜，通過改變溫度、壓力，摸索生長Co摻雜ZnO薄膜的較佳的生長條件，發(fā)現(xiàn)磁性對于溫

4、度比較敏感，但是也沒有發(fā)現(xiàn)與生長溫度相關(guān)的規(guī)律，并研究晶體質(zhì)量對磁學(xué)性能的影響。 2.為了提高稀磁半導(dǎo)體材料的飽和磁化強(qiáng)度以及居里溫度，采用Co、Mn共摻雜的辦法，制備得到薄膜樣品，并對其形貌結(jié)構(gòu)、磁學(xué)性能等進(jìn)行表征，探索Co、Mn共摻雜的機(jī)理，但是并沒有提高其磁化強(qiáng)度，可能是因?yàn)镃o的摻入量減少以及摻雜量增加導(dǎo)致反鐵磁耦合增強(qiáng)的緣故。 3.為了研究載流子對磁學(xué)性能的影響，以便探究稀磁半導(dǎo)體材料磁性來源，分別在笑氣氣氛下