摻雜ZnO半導體磁性及其光學性質研究.pdf

1、稀磁半導體因其在自旋電子器件上有著很高的潛在應用價值而吸引了國內(nèi)外科研人員的廣泛關注。ZnO在室溫下同時具有鐵磁性和電子的荷電特性，如何制備出室溫下的稀磁半導體使其可以應用于制備自旋電子器件已經(jīng)成為人們研究的熱點。ZnO作為一種寬禁帶半導體，有高的激發(fā)能(60meV)、穩(wěn)定的化學性能和熱性能，并且價格低廉、資源豐富，所以有廣泛的應用前景和豐富的研究內(nèi)容。近年來，對ZnO基稀磁半導體的研究方興未艾，但是在一些重要機理研究上仍然存在很大爭議

2、。例如，Zn(O)基稀磁半導體的磁性起源問題、磁性和非磁性元素摻雜對磁性能的影響以及半導體缺陷在稀磁特性中扮演的角色等。本文選擇非磁性和磁性元素摻雜Zn(O)薄膜為研究對象，重點研究了Mg、 Co摻雜Zn(O)半導體薄膜的稀磁特性，并且結合光譜技術探討了Mg、Co∶ZnO薄膜的磁性起源。取得的主要研究內(nèi)容如下:
　　1、采用脈沖激光沉積(PulsedLaserDeposition，PLD)技術制備Mg、Co摻雜Zn(O)薄膜，選取

3、單晶Si(100)為薄膜襯底，在不同元素、含量和退火溫度等條件下，研究了薄膜的結構、形貌、磁學性能及光學性能。實驗表明，摻雜后的薄膜，根據(jù)摻雜含量不同分別具有六角形纖鋅礦結構和四方相結構，進而引起了磁性上的差異。揭示出Zn(O)半導體結構與磁性具有很強的關聯(lián)性，為研制稀磁ZnO半導體材料提供了有價值的實驗結論。
　　2、系統(tǒng)研究了非磁性Mg摻雜Zn(O)薄膜。研究結果表明，所有Mg摻雜Zn(O)薄膜在室溫下均呈現(xiàn)出鐵磁性。當非磁性

4、元素含量較低時，薄膜具有六角形纖鋅礦結構，XRD譜線呈現(xiàn)單一的ZnO(002)峰，說明樣品為單晶薄膜。當Mg含量繼續(xù)增加時，ZnO(002)峰逐步減弱而MgO(200)峰逐步增強，當Mg含量增加到0.25時，薄膜轉化為四方相結構，并且其磁性隨之增強。同時發(fā)現(xiàn)，氧氣氛和退火溫度對磁性也產(chǎn)生明顯的影響，氧壓增加對薄膜的磁性有增大效應，而退火溫度的提高會減弱薄膜的磁性。
　　3、系統(tǒng)研究了磁性元素Co摻雜的ZnO薄膜。研究結果表明，與M