Co-Sn非補(bǔ)償p-n共摻雜調(diào)控In2O3稀磁氧化物的局域結(jié)構(gòu)與磁性.pdf

1、本論文采用磁控濺射法，在SiO2/Si（100）和超白玻璃基片上制備Co/Sn共摻雜In2O3稀磁半導(dǎo)體薄膜。利用X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（XAFS），電阻溫度曲線（R-T）、Hall效應(yīng)、磁電阻（MR）、超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）、紫外-可見光吸收光譜（UV）等表征手段研究Co/Sn共摻雜In2O3稀磁半導(dǎo)體，分析p-n共摻雜對In2O3稀磁半導(dǎo)體薄膜的局域結(jié)構(gòu)及

2、自旋相關(guān)磁、光、輸運(yùn)性能的影響，研究結(jié)果如下：
　　1、制備了不同Co摻雜濃度的(In0.98-xCoxSn0.02)2O3薄膜。XRD、XPS以及具有元素分辨的同步輻射XAFS測試表明，制備的(In0.98-xCoxSn0.02)2O3薄膜都具有立方方鐵錳礦In2O3結(jié)構(gòu)，晶格中存在大量氧空位，Co主要是以+2價形式替位In2O3中In3+離子。但即使在低Co摻雜濃度(x=0.05)下，仍有少量Co分離相，即Co金屬磁團(tuán)簇出現(xiàn)，

3、隨著Co摻雜濃度增加，Co磁團(tuán)簇也隨之進(jìn)一步增加。輸運(yùn)性能測試表明，所有薄膜樣品均表現(xiàn)負(fù)磁阻行為，隨著Co摻雜濃度的增加，載流子濃度逐漸降低，電阻率增加。薄膜樣品的導(dǎo)電機(jī)制在低溫區(qū)符合 Mott變程躍遷，而高溫區(qū)符合硬帶躍遷，證實了載流子有強(qiáng)局域性。U-V測試分析發(fā)現(xiàn)，薄膜樣品的透光率隨Co摻雜濃度的增加逐漸減低，吸收邊發(fā)生紅移，禁帶寬度也逐漸變小。磁性測試表明，所有樣品都具有有明顯的室溫鐵磁性。隨著Co摻雜濃度的增加，飽和磁化強(qiáng)度先增

4、大后減小。室溫鐵磁性起源排除了載流子媒介機(jī)制，很可能源于氧空位誘發(fā)的束縛磁極子機(jī)制。當(dāng)Co的摻雜濃度過高時，更多的磁性離子出現(xiàn)在束縛磁極子之外，表現(xiàn)為反鐵磁性，薄膜樣品Ms減弱。
　　2、制備不同 Sn摻雜濃度變化的(In0.95-xCo0.05Snx)2O3)薄膜。局域結(jié)構(gòu)分析表明，制備的(In0.95-xCo0.05Snx)2O3)薄膜都具有立方方鐵錳礦In2O3結(jié)構(gòu)。當(dāng)Sn摻雜濃度為 x=0.02時，摻雜的Co和Sn元素主要

5、是以+2和+4價形式替位In2O3中In3+離子，但存在少量Co金屬磁團(tuán)簇分離相。隨著Sn摻雜濃度增加，Co磁團(tuán)簇逐漸消失，最終完全替位In2O3中In3+離子。這一結(jié)果證實了Sn4+離子與Co2+離子的p-n共摻雜由于具有相反的電性而相互吸引，有利于降低晶格取代位置的缺陷形成能，促進(jìn)晶格替位，抑制Co磁團(tuán)簇的產(chǎn)生。輸運(yùn)性能測試表明，隨著Sn的摻雜濃度增加，n型載流子濃度單調(diào)增加，但薄膜的導(dǎo)電機(jī)制在低溫仍符合Mott變程躍遷，證實載流子