Fe、Cu共摻雜In-,2-O-,3-稀釋磁性半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和室溫鐵磁性研究.pdf

1、氧化銦(In2O3)是一種具有立方鐵錳礦型結(jié)構(gòu)寬帶隙(3.75eV)半導(dǎo)體。通過引入氧空位和過渡金屬元素?fù)诫s，In2O3具有良好的室溫鐵磁性、導(dǎo)電性、透光性、氣敏性且易于與多種半導(dǎo)體材料實現(xiàn)集成化，在許多器件應(yīng)用領(lǐng)域以及基礎(chǔ)性研究上均有極大的應(yīng)用前景。 本論文通過高溫固相反應(yīng)和電子束真空蒸鍍法連續(xù)制備出(In0.9-xFe0.1Cux)2O3(0≤x≤0.03)塊體和薄膜材料。采用X射線衍射儀、振動樣品磁強(qiáng)計、掃描電鏡、Hall

2、效應(yīng)測試儀及紫外—可見光分光光度計等手段表征了樣品的晶體結(jié)構(gòu)、磁性能、表面形貌、電輸運(yùn)及光性能。重點研究了Cu的摻雜濃度和工藝條件對塊體和薄膜樣品結(jié)構(gòu)和性能的影響；并初步探討了摻雜離子Cu在體系中的作用及可能的磁性來源。 結(jié)果表明：Cu的摻入對塊體樣品中Fe的溶解度有影響，當(dāng)x達(dá)到0.01(即Cu含量為1at％)以后，出現(xiàn)雜質(zhì)相In2Fe2CuO7。主相的晶格常數(shù)隨著x值先減小后增大，在x=0.01時達(dá)到最小晶格常數(shù)1.006n

3、m。無Cu摻雜和高摻雜時晶塊表現(xiàn)為室溫順磁性，適量的Cu摻雜時為室溫鐵磁性。隨著x值增大，飽和磁矩呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，在x=0.01時獲得最大飽和磁矩0.6emu/g。 以x=0.01薄膜樣品進(jìn)行正交試驗，考察了工藝條件對薄膜樣品結(jié)構(gòu)和性能的影響，并找到一組制備薄膜樣品的較優(yōu)工藝參數(shù)，即基底溫度為400℃，氧氬流量比為10/0，蒸鍍時間為20min。研究發(fā)現(xiàn)：Cu在薄膜樣品中具有較大的溶解度，隨著Cu摻雜濃度的進(jìn)一步增加

4、，薄膜樣品均未出現(xiàn)明顯的雜質(zhì)相；而飽和磁矩有增大的趨勢，并在x=0.02處獲得最大飽和磁矩123.8emu/cm3。 結(jié)合塊體和薄膜樣品的試驗結(jié)果，表明磁性來源與摻雜和缺陷引起的載流子濃度的變化密切相關(guān)。體系中自旋電子之間是通過載流子進(jìn)行耦合的。Cu的摻入會改變體系中的變價磁性陽離子的數(shù)量，這些磁性陽離子進(jìn)入基體點陣替代In3+的位置引起的陽離子缺陷會導(dǎo)致鄰近氧的電子缺陷，引起體系中載流子濃度的變化，對樣品的磁交換作用具有重要的