Co-ZnO薄膜的磁性和磁電阻效應(yīng)研究.pdf

1、對于顆粒膜的研究是近年來人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一，是由于其在信息技術(shù)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。人們對于顆粒膜中非磁性材料的選擇，主要是非磁性的金屬基體或是非磁性的絕緣體。對于鐵磁性金屬和半導(dǎo)體材料組成的顆粒膜體系研究的不少，同時(shí)對其輸運(yùn)機(jī)制仍存在爭議。因此，本文選用半導(dǎo)體ZnO作為非磁性基底，利用JGP560CC型三室超高真空多功能濺射儀在玻璃基片上制備了不同ZnO厚度和不同壓強(qiáng)下的Co/ZnO顆粒膜，利用X射線衍射儀和透射電鏡對樣品的結(jié)構(gòu)

2、進(jìn)行表征；利用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)和超導(dǎo)量子干涉儀對薄膜的磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測量；利用標(biāo)準(zhǔn)四探針法對薄膜的電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測量。
　　 首先，我們在不同濺射壓強(qiáng)下制備了相同標(biāo)定厚度的Co/ZnO薄膜，發(fā)現(xiàn)所有薄膜具有相似的結(jié)構(gòu)，形成了磁性納米顆粒包裹在半導(dǎo)體基質(zhì)中的顆粒膜結(jié)構(gòu)。隨著濺射氣壓的增加，薄膜的磁性由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)槌槾判浴１∧ご判缘倪@種很大差異，與薄膜中載流子濃度有關(guān)，載流子濃度越大，磁性顆粒間的耦合作用越強(qiáng)，越容易表現(xiàn)出鐵磁特性。薄膜

3、的電阻對數(shù)lnR與T-1/2基本為線性關(guān)系，表明薄膜的磁電阻主要來自于電子的自旋相關(guān)隧穿。
　　 其次，在此研究基礎(chǔ)上，我們在0.8Pa的濺射壓強(qiáng)下通過固定Co層的厚度，改變ZnO的厚度制備了一系列Co/ZnO顆粒膜。通過XRD分析得到，隨著ZnO厚度的增加，薄膜由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)結(jié)構(gòu)；從TEM圖片可以看出，薄膜形成的是典型的顆粒膜結(jié)構(gòu)。所有薄膜在室溫下都表現(xiàn)為超順磁性，隨著ZnO厚度的增加，Ms由249emu/cm3減小到13

4、emu/cm3，說明薄膜中的金屬顆粒在不斷減小。隨著非磁性層ZnO厚度的增加，薄膜的磁電阻值基本呈現(xiàn)減小的趨勢，主要是由于Co顆粒間距的增加影響了電子的自旋相關(guān)隧穿，且顆粒尺寸的減小，使得薄膜磁電阻不易達(dá)到飽和狀態(tài)。從電阻值與磁電阻的關(guān)系看出，其有一定的規(guī)律性，且磁電阻似乎存在一極值約為-11％。
　　 再次，我們首次研究了薄膜的周期數(shù)對相同標(biāo)定厚度Co/ZnO薄膜磁性和磁電阻效應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，薄膜均表現(xiàn)為超順磁性，隨著濺射