過渡族元素?fù)诫sZnO稀磁半導(dǎo)體薄膜的生長及其性能研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體材料由于在自旋電子器件中巨大的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。所謂稀磁半導(dǎo)體材料(Diluted Magnetic Semiconductors，DMS)是指在非磁性半導(dǎo)體(如IV-VI族、II-VI族或III-V族)中摻雜過渡族磁性離子，如V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni等，利用載流子控制技術(shù)產(chǎn)生磁性的新型功能材料。DMS同時(shí)應(yīng)用了電子電荷和自旋性質(zhì)，在新興的自旋電子領(lǐng)域有重要應(yīng)用?？捎脕碇苽涓鞣N超低能量消耗、高密度的信息存儲(chǔ)器、邏輯器

2、和自旋偏振光發(fā)射器等集成了光、電、磁功能的新型器件。在非磁性半導(dǎo)體材料中，ZnO是最有前途的制備稀磁半導(dǎo)體的材料。它外延生長溫度低，抗輻射能力強(qiáng)，原材料資源豐富、價(jià)格低廉，對環(huán)境無毒無害，制備工藝簡單，具有較高的禁帶寬度(3.37eV)和較大的激子束縛能(60meV)。ZnO具有的這些優(yōu)異特性，使其在諸多領(lǐng)域得到了較為廣泛和有效地應(yīng)用，但對于ZnO基DMS的磁性起源和室溫鐵磁性一直具有爭議。目前關(guān)于稀磁半導(dǎo)體中載流子與磁性之間的關(guān)系是了

3、解室溫鐵磁性的重要途徑。
　　 本文在總結(jié)了ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上采用脈沖激光沉積(PLD)法制備ZnNiO稀磁半導(dǎo)體薄膜，并通過Ni、Ga共摻，Ni、Na共摻ZnO薄膜以及Co、N共摻ZnO薄膜，研究了導(dǎo)電類型對ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料磁性的影響。具體工作如下：
　　 1.Ni摻雜ZnO薄膜的制備及表征。采用PLD方法制備Ni摻雜ZnO薄膜，通過生長室氧壓和Ni含量的變化，摸索出制備性能優(yōu)良的Zn

4、NiO薄膜的最佳工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，理想的生長工藝為：襯底溫度為500℃，生長室氧壓為0.02Pa，Ni含量為3at.％。當(dāng)Ni含量為5at.％以上時(shí)，薄膜中出現(xiàn)第二相，導(dǎo)致薄膜的電學(xué)性能變差，在可見光(400～800nm)范圍內(nèi)的透過率降低。
　　 2.采用Ni-Ga共摻和Ni-Na.共摻的方法分別制備了n型Zn(Ni,Ga)O薄膜和p型Zn(Ni,Na)O薄膜，研究了導(dǎo)電類型對薄膜室溫鐵磁性的影響。研究表明，與ZnNiO薄膜