ZnO基稀磁半導(dǎo)體的制備與磁性研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體(Diluted Magneic Semiconductors，DMS)集電子的電荷和自旋于一體，使之具有了半導(dǎo)體的電荷輸運(yùn)特性和磁性材料的信息存儲(chǔ)特性，是一種新型的功能材料。由于磁性元素的摻入，稀磁半導(dǎo)體具有了一些奇異的性質(zhì)。 稀磁半導(dǎo)體是目前國際上研究的熱門課題，研究最為廣泛的是過渡族金屬摻雜的ZnO．所制成的DMS。盡管理論和實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)取得了可喜的結(jié)果，但是還有許多問題(例如磁性的起源，居里溫度低于室溫等)有待于

2、進(jìn)一步解決。本文主要在ZnO基DMS方面開展了一些研究工作。 1．分別利用固相反應(yīng)法和射頻磁控濺射法制備了n型的Zn<,0.96>Mn<,0.04>O粉末和薄膜樣品。所有樣品的XRD結(jié)果均表明其為單一的纖維鋅礦結(jié)構(gòu)，未見任何雜質(zhì)相存在。經(jīng)過磁性檢測(cè)表明：當(dāng)溫度降低到3 K時(shí)，粉末樣品仍然表現(xiàn)為順磁性。而在真空氛圍退火的薄膜樣品在室溫下檢測(cè)具有鐵磁性，并且每個(gè)Mn離子的飽和磁矩為1.05μB，矯頑力為100Oe，居里溫度大約為40

3、0 K。綜合各種表征結(jié)果，認(rèn)為薄膜樣品的磁性屬于樣品的內(nèi)稟性質(zhì)，并且恰當(dāng)?shù)纳L環(huán)境以及缺陷濃度是樣品產(chǎn)生鐵磁性的關(guān)鍵因素。 2．采用直流反應(yīng)共濺射的方法在玻璃基片上制備了Cu(N，Cu)-znO的系列薄膜樣品?；舳?yīng)檢測(cè)表明所有樣品均是n型導(dǎo)電。磁性檢測(cè)表明所有的樣品在室溫下都具有鐵磁性。并且氮的引入導(dǎo)致了磁矩的顯著減弱，居里溫度的顯著降低。電輸運(yùn)性質(zhì)表明隨著銅摻雜量的增加以及氮的引入，樣品的電阻率有明顯的增大趨勢(shì)。經(jīng)過詳細(xì)的

4、分析表明：該系列樣品的鐵磁性屬于樣品本身的內(nèi)稟性質(zhì)，而不是雜質(zhì)相的貢獻(xiàn)，并且樣品的鐵磁性對(duì)電子濃度有很大的依賴性。 3．采用射頻和直流交替濺射的技術(shù)，在玻璃基片上制備了 Co(N，Co)-ZnO系列薄膜樣品。由于N的引入，薄膜從n型導(dǎo)電轉(zhuǎn)變?yōu)閜型導(dǎo)電。經(jīng)過詳細(xì)的檢測(cè)分析，結(jié)果表明所有的樣品室溫下均具有鐵磁性，并且樣品的磁矩隨著氮的含量的增加而減弱，然而居里溫度隨著氮的含量的增加而增大。將Co-ZnO體系的磁性歸因于電子載流子的