K摻雜ZnO薄膜的制備及磁、光、電特性的研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體由于可以同時(shí)利用電子的自旋和電荷屬性而引起了人們的關(guān)注。2000年，Dielt等人通過理論計(jì)算預(yù)言了Mn摻雜p型ZnO中室溫鐵磁性的存在，引起了人們對氧化物半導(dǎo)體的研究熱情，但由于無法排除過渡金屬團(tuán)簇及第二雜質(zhì)相的干擾和影響，因此關(guān)于鐵磁性起源的問題存在很大爭議。2004年Coey等人提出的d0鐵磁性不僅為當(dāng)前的磁性理論體系提出新的挑戰(zhàn)，而且有效避免了鐵磁性第二相的影響，對探究鐵磁性起源具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
　　ZnO是最

2、早被預(yù)言具有室溫鐵磁性的寬禁帶半導(dǎo)體，其本身也具有豐富多樣的電學(xué)和光學(xué)等優(yōu)點(diǎn)，因此成為自旋電子學(xué)的研究熱點(diǎn)。我們利用射頻磁控濺射方法，制備了多晶和外延的K摻雜 ZnO(KZO)薄膜樣品及AZO(Al-ZnO)/KZO雙層膜，系統(tǒng)研究了它們的結(jié)構(gòu)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，并具體分析了產(chǎn)生鐵磁性及p型導(dǎo)電的原因。
　　研究發(fā)現(xiàn)，對純ZnO薄膜進(jìn)行空氣退火處理后，樣品磁性增強(qiáng)，我們推斷ZnO薄膜的磁性起源與鋅空位有關(guān)。對比退火前后樣品的光

3、致發(fā)光譜發(fā)現(xiàn)，樣品的磁性越強(qiáng)對應(yīng)的綠光發(fā)光峰越強(qiáng)。對多晶KZO薄膜的研究表明，大量間隙位缺陷(Ki和Zni)的存在導(dǎo)致制備的樣品中沒有 p型導(dǎo)電。在較低的摻雜量下(<8％)，多晶KZO薄膜的載流子濃度隨K含量的增大而減小，其飽和磁化強(qiáng)度隨 K含量增大而增加，這是因?yàn)?K+離子占據(jù) Zn2+位置，提供一個(gè)空穴充當(dāng)受主缺陷。
　　對外延KZO薄膜的研究發(fā)現(xiàn)，外延KZO薄膜的導(dǎo)電類型在K含量為6%時(shí)發(fā)生了從n型到p型導(dǎo)電的轉(zhuǎn)變，這主要是