In2O3基薄膜的d0鐵磁性及光、電特性研究.pdf

1、d0鐵磁性是近年來出現的一種新的磁現象,它突破了傳統的由部分填充的d或f電子的磁性原子所構成的磁性材料,實現了非磁物質的室溫鐵磁性。其出現不僅給當前的磁性理論體系提出了新的挑戰(zhàn),且有效地規(guī)避了稀磁半導體中難以排除鐵磁性第二相的問題,因此,對d0鐵磁性材料進行研究對磁性半導體的鐵磁性起源及其在半導體器件中的應用具有現實的指導意義。
　　氧化銦(In2O3)作為一種寬禁帶半導體具有很好的光、電和氣敏特性,但難以獲得穩(wěn)定的p型導電和室溫

2、鐵磁性阻礙了其更廣泛的應用。為此,本文針對純的及氮摻雜氧化銦薄膜的結構、鐵磁性、光學及電學特性進行了系統的研究。主要開展了如下工作:
　　1.利用射頻磁控濺射制備了沿(222)方向取向生長的多晶In2O3薄膜,系統地分析了生長氛圍和真空退火對In2O3薄膜的結構、光學、電學及鐵磁特性的影響。結果發(fā)現,對于純的In2O3薄膜,當氧氬流量比為15:15時會發(fā)生導電類型由n型向p型的轉變,表明通過調節(jié)制備過程中氧氬流量比可有效地調控樣品

3、內的載流子類型;薄膜中存在室溫鐵磁性,其飽和磁化強度的大小隨氧氬流量比的增大呈非單調變化,在不同導電區(qū)域內薄膜的磁性起源不同;另外,對In2O3薄膜進行真空退火處理后,發(fā)現真空退火可有效地增強薄膜的鐵磁性,樣品的飽和磁化強度由0.5增強為5.5emu/cm3。
　　2.利用磁控濺射和熱氧化法制備了氮摻雜的In2O3薄膜,系統地分析了生長氣氛、退火溫度及時間對N-In2O3薄膜的結構、帶隙及磁性的影響。結果發(fā)現,對于用磁控濺射法制備

4、的N-In2O3薄膜,在低于氮的溶解度極限時,薄膜的飽和磁化強度隨N2流量的增大逐漸增強,在氮氬流量比為10:20時獲得最大值3.5emu/cm3,表明N的引入可有效地增強薄膜的室溫鐵磁性;同時,隨著N2流量的增加,薄膜的結構會出現由方鐵錳的In2O3結構向纖鋅礦的InN結構的轉變,光學帶隙由3.74eV單調遞減為2.25eV,即N摻雜能在一個很大的能量范圍內對In2O3薄膜的帶隙進行調節(jié)。此外,合理地控制InN薄膜的熱氧化溫度和時間也