共摻雜In2O3基稀磁半導(dǎo)體的局域結(jié)構(gòu)、輸運(yùn)性能及磁性的研究.pdf

1、本論文利用射頻磁控濺射方法，在SiO2/Si（100）及超白玻璃襯底上沉積了Fe/Sn、Fe/Mg及Mn/Mg共摻雜In2O3稀磁半導(dǎo)體薄膜。利用XRD、XPS、XAFS、SQUID、Hall、R-T、M-R及U-V等結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試方法系統(tǒng)地研究了In2O3基稀磁半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)與磁輸運(yùn)性能，獲得如下結(jié)果：
　　1、制備了Fe/Sn共摻雜In2O3薄膜。XRD結(jié)果顯示所有樣品為立方方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，沒(méi)有出現(xiàn) Fe、Sn團(tuán)簇及其氧化物等

2、第二相。XPS分析表明，樣品中 Fe存在形式為+2價(jià)和+3價(jià)的混合態(tài)，Sn的存在形式為+4價(jià)。組合同步輻射XANES實(shí)驗(yàn)譜以及多重散射理論計(jì)算表明，F(xiàn)e離子替位In1位置，且第一近鄰殼層存在2個(gè)氧空位。所有薄膜樣品都表現(xiàn)為半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，載流子濃度隨著 Fe摻雜濃度的升高而降低，電阻率則增加。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，說(shuō)明載流子有強(qiáng)局域性。磁電阻（MR）測(cè)試表明，具有低Fe摻雜濃度的薄膜在10K~3

3、5K表現(xiàn)為負(fù)磁阻；當(dāng)Fe的摻雜濃度達(dá)到x=0.07,0.085后，在10K低溫時(shí)，出現(xiàn)正磁阻，隨著溫度的升高又轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)磁阻。所有薄膜樣品都具有RT FM，且隨著Fe摻雜濃度的升高，Ms逐漸降低。Fe離子周?chē)膹?qiáng)晶格畸變和Vo為本征RT FM產(chǎn)生的重要原因。
　　2、Fe/Mg共摻雜In2O3樣品為方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，沒(méi)有出現(xiàn)Fe、Mg團(tuán)簇及其氧化物第二相。Fe以+2和+3混合價(jià)態(tài)替代In2O3晶格中的In1位置，且第一近鄰殼層存在氧空位

4、。當(dāng)薄膜中Fe摻雜濃度x=0.02時(shí)，在191K左右導(dǎo)電機(jī)制有半導(dǎo)體特性轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賹?dǎo)電特性，其它摻雜濃度的薄膜全表現(xiàn)為半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，載流子濃度隨著 Fe摻雜濃度的升高逐漸降低，而電阻率則逐漸升高。在低溫區(qū)其導(dǎo)電機(jī)制由 Mott變程躍遷主導(dǎo)，在高溫區(qū)則由硬帶躍遷主導(dǎo)。隨著 Fe摻雜濃度的升高，薄膜的磁電阻由負(fù)磁阻逐漸向正磁阻轉(zhuǎn)變；且當(dāng) Fe摻雜濃度較高時(shí)，薄膜的磁電阻隨著溫度的升高由正磁阻向負(fù)磁阻轉(zhuǎn)變，直至消失。磁電阻的存在以及正負(fù)磁

5、阻的貢獻(xiàn)與Fe摻雜濃度、溫度有強(qiáng)關(guān)聯(lián)。樣品的透光率隨 Fe摻雜濃度的升高而逐漸降低，禁帶寬度逐漸減小。所有樣品都有本征RT FM，且Ms隨著Fe摻雜濃度的增加而先升高后降低。鐵磁性的產(chǎn)生與Fe離子周?chē)膹?qiáng)晶格畸變和O空位有十分密切的關(guān)系。
　　3、Mn/Mg共摻雜In2O3樣品為方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，Mn以Mn2+離子形式替代In1的位置，且近鄰殼層存在Vo，樣品中未出現(xiàn) Mn團(tuán)簇及其氧化物第二相。所有薄膜樣品全表現(xiàn)為半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，載