Co摻雜的ZnO基稀磁半導體.pdf

1、到目前為止,21世紀在磁學領域最驚人且具有潛在的巨大價值的發(fā)現(xiàn)可能就是在像ZnO和TiO2這樣的半導體或絕緣體中摻雜少量的過渡金屬離子(如V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)后它們就會在室溫以上呈現(xiàn)出鐵磁性。ZnO作為一種直接帯隙的半導體材料在很多領域具有重要應用,而過渡金屬摻雜的ZnO在自旋電子學領域被寄予厚望.自旋電子學是基于這樣一個概念:除了利用載流子的電荷性質外,還利用載流子量子力學上的自旋性質來實現(xiàn)電子的功能.伴隨著自旋電子器件

2、的發(fā)展,稀磁半導體—半導體材料中摻雜少量的磁性離子—正在被積極的研究。
　　制備ZnO基稀磁半導體的方法有很多,包括脈沖激光沉積法(PLD)、溶膠-凝膠法(sol-gel)、原子層外延(ALE)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、濺射法、超聲噴霧熱解等.其中,激光分子束外延技術是近年來在傳統(tǒng)分子束外延和脈沖激光沉積技術的基礎上發(fā)展起來的具有高精度的制備薄膜的新型技術,它是在超高真空環(huán)境中將高能激光束入射到靶

3、材上形成等離子體沉積在襯底上形成薄膜材料.在實驗中就是采用激光分子束外延技術生長了結晶質量良好的具有室溫鐵磁性的Co摻雜的ZnO稀磁半導體薄膜材料.
　　本研究利用激光分子束外延方法分別在藍寶石襯底和硅襯底上生長了高質量的ZnCoO薄膜,并對氧分壓、襯底溫度及薄膜中Co元素的存在形式對薄膜結構和磁性的影響進行了分析.主要內容如下:
　　1.介紹了ZnO基稀磁半導體的研究歷史、制備方法及研究的意義.
　　2.介紹了激光分

4、子束外延的方法,并利用激光分子束外延技術在藍寶石襯底上生長了高質量的具有室溫鐵磁性的ZnCoO薄膜.
　　3.研究了氧分壓對薄膜結構和性能的影響,對不同氧分壓下生長的ZnCoO薄膜進行了X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、紫外—可見光(UV-Vis)透射光譜、Raman譜及光致發(fā)光譜(PL)等測試.
　　4.研究了Co元素的價態(tài)對ZnCoO薄膜磁性的影響,在差別較大的生長條件下在藍寶石襯底上生長了ZnCoO薄膜