摻雜ZnO稀磁材料薄膜的制備工藝及室溫磁性研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體（DMS）材料可利用電子自旋所需能量小，易控制等優(yōu)點實現(xiàn)許多新的多功能器件。其中，纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO由于具有生長溫度較低，激子束縛能較大（60meV），禁帶較寬（3.27eV）支持較大的磁性摻雜濃度，被預(yù)言可實現(xiàn)較高居里溫度等優(yōu)點，成為研究Ⅱ-Ⅵ族DMS的理想選擇。本文介紹了目前人們對稀磁半導(dǎo)體的有關(guān)研究，著重介紹ZnO基DMS研究情況。為尋找一種較好的制備摻雜ZnO稀磁材料的工藝方案，我們用磁控分層濺射及共濺法制備了Cr摻雜

2、ZnO薄膜，并用溶膠一凝膠法（sol-gel）制備Fe摻雜ZnO薄膜。研究薄膜樣品的結(jié)構(gòu)、成分與磁學(xué)性質(zhì)。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴采用分層磁控濺射，靶材為Cr及ZnO，制備不同濃度Cr摻雜ZnO薄膜。射頻ZnO靶的濺射功率約175W，直流Cr靶的濺射功率約為165W，通過改變每層共濺時間（10s-30s）來改變摻雜濃度。經(jīng)測試分析得到每次共濺時間為20s，即摻雜濃度為2％時，襯底為硅片時的樣品結(jié)晶效果最好，但襯底為載玻片時的

3、樣品鐵磁性最強。
　　 ⑵采用共濺射靶材為Cr及ZnO，制備不同濃度Cr摻雜ZnO薄膜。通過固定射頻ZnO靶的濺射功率約175W，改變直流Cr靶的濺射功率為10w至48W，來改變摻雜濃度。經(jīng)測試分析得到直流Cr靶功率為24w，即摻雜濃度為2％時，樣品結(jié)晶效果最好，但直流Cr靶功率為10w，即摻雜濃度為1％時的樣品鐵磁性最強。
　　 ⑶采用二水醋酸鋅與FeCl2.4H2O為前驅(qū)體，乙二醇甲醚為溶劑，乙醇胺為穩(wěn)定劑，用溶膠凝

4、膠法制備Fe摻雜ZnO薄膜。經(jīng)測試分析得到襯底為硅片，提拉法制備的薄膜結(jié)晶較好。
　　 ⑷襯底分別為硅片及載玻片，分層濺射摻Cr均為2％時，載玻片上樣品的磁性能更好一些，可能襯底晶格常數(shù)與ZnO的接近程度不同，導(dǎo)致在同種工藝下生長的薄膜微結(jié)構(gòu)的不同，摻雜離子的分布不同，從而影響到室溫磁性的不同。
　　 ⑸襯底均為載玻片，摻Cr均為2％時，用分層濺射制備的樣品磁性能比共濺射制備的樣品磁性能要好。這可能是由于共濺射制備的樣品