氧化鋅薄膜的微結(jié)構(gòu)調(diào)整及光、電、磁性質(zhì)研究.pdf

1、ZnO作為一種直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料，具有較寬的帶隙（室溫下3.37eV）和較高的激子束縛能(60meV)，在短波長(zhǎng)光電器件和磁光器件領(lǐng)域有極大的應(yīng)用潛力，為提高光信息的記錄密度和存取速度開(kāi)辟了新的前景。制備高質(zhì)量的ZnO薄膜，研究其光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)成為目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。
　　 本工作采用螺旋波等離子體輔助射頻磁控濺射（HWP-RF sputter）技術(shù)和脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)，通過(guò)調(diào)整ZnO薄膜的微結(jié)構(gòu)，獲得了p

2、型導(dǎo)電與具有室溫鐵磁性的ZnO薄膜，系統(tǒng)研究了ZnO薄膜的光、電、磁性質(zhì)，得到以下主要結(jié)果：
　　 (1)在不同溫度下對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行氮化預(yù)處理，采用HWP-RF sputter技術(shù)在該襯底上獲得ZnO薄膜的外延生長(zhǎng)。結(jié)果表明：當(dāng)?shù)瘻囟容^高時(shí)，ZnO薄膜具有高度的c軸擇優(yōu)取向和ab取向，薄膜內(nèi)存在較小的內(nèi)應(yīng)力：當(dāng)?shù)瘻囟容^低時(shí)，薄膜具有較好的c軸擇優(yōu)取向和ab取向，而薄膜內(nèi)存在較大的內(nèi)應(yīng)力；當(dāng)?shù)瘻囟忍幱谥虚g值時(shí)，薄膜c軸擇優(yōu)

3、取向性變差，而在ab面內(nèi)不存在取向。
　　 (2)通過(guò)調(diào)整Ar+O2混合氣體的工作氣壓，采用HWP-RF sputter技術(shù)成功地制各了自然摻雜p型ZnO薄膜。X射線衍射結(jié)果顯示薄膜具有良好的c軸擇優(yōu)取向和ab取向。分析表明，大量補(bǔ)充氧、增大氧活性粒子的濃度有利于促進(jìn)本征受主缺陷的形成，實(shí)現(xiàn)ZnO薄膜的p型轉(zhuǎn)變。
　　 (3)以N2為摻雜源，采用HWP-RF sputter技術(shù)，在n型Si襯底上實(shí)現(xiàn)了Al-N共摻p型Zn

4、O薄膜。進(jìn)一步調(diào)整N2流量，在n型Si襯底上實(shí)現(xiàn)了p型ZnO薄膜的可控生長(zhǎng)。給出了N相關(guān)的中性受主束縛激子為特征的低溫光致發(fā)光譜，提出了旌主-受主共摻實(shí)現(xiàn)ZnO薄膜p型摻雜的機(jī)理，所得結(jié)果對(duì)ZnO薄膜的導(dǎo)電類型控制具有普遍性意義。
　　 (4)采用HWP-RF sputter技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上成功地制備了單相的c軸擇優(yōu)取向Mn-N共摻稀磁ZnO薄膜。薄膜表現(xiàn)出高阻特性。由Raman光譜確定Mn主要以替代2n2+形式摻入ZnO晶格

5、中；利用吸收光譜闡釋了Mn的離化能級(jí)到價(jià)帶或?qū)У碾姾赊D(zhuǎn)移躍遷吸收機(jī)制。
　　 (5)采用PLD技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上成助地制備了單相的c軸擇優(yōu)取向Mn摻雜稀磁ZnO薄膜。結(jié)果表明，隨Mn摻雜量增大，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量逐漸提高；晶粒尺寸明顯增大；單位磁性離子飽和磁矩逐漸減??；薄膜光學(xué)帶隙紅移；Mn離子電荷轉(zhuǎn)移躍遷吸收逐漸增強(qiáng)。在外加磁場(chǎng)下，薄膜對(duì)左、右旋圓偏振光的吸收分析，給出了光吸收邊所表現(xiàn)的s，p-d交換相互作用的特征。電學(xué)測(cè)試表明