ZnO基薄膜的光學(xué)及磁學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體(Diluted Magneic Semiconductors，DMS)是指在非磁性化合物半導(dǎo)體中通過摻雜引入部分磁性離子所形成的一類新型功能材料。氧化鋅(ZnO)作為一種直接帶隙的半導(dǎo)體材料，具有良好的透明導(dǎo)電性和紫外激射性質(zhì)。ZnO摻雜的DMS一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文用溶膠—凝膠法制備了Mn、Cu摻雜ZnO的薄膜樣品，在大量工藝探索的基礎(chǔ)上，結(jié)合樣品的結(jié)構(gòu)分析、光學(xué)性能和磁學(xué)性能研究，對(duì)ZnO基DMS進(jìn)行了初步的探索。

2、具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下： 1.用溶膠—凝膠法，在硅片和石英襯底上成功制備了具有高度C軸擇優(yōu)取向的MgxZn1-xO、MnxZn1-xO、CuxZn1-xO和Cu、Mn共摻雜的ZnO薄膜。并利用XRD、AFM、XPS、熒光光譜儀、紫外—可見分光光度計(jì)、量子超導(dǎo)干涉儀以及單波長(zhǎng)橢偏儀和臺(tái)階儀等手段分別對(duì)薄膜樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、成分、光學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)及厚度進(jìn)行了表征和分析。 2.對(duì)溶膠—凝膠法制備的MgxZn1-xO薄膜，研究

3、了不同退火溫度和不同Mg摻雜濃度對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)及禁帶寬度的影響。發(fā)現(xiàn)了退火溫度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(700℃)。Mg在ZnO薄膜中形成了替位式摻雜，Mg的摻入調(diào)寬了薄膜的光學(xué)帶隙。 3.對(duì)溶膠—凝膠法制備的MnxZn1-xO薄膜，研究了不同退火溫度和不同Mn摻雜濃度對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、禁帶寬度和磁性的影響。Mn2+替代Zn2+進(jìn)入了ZnO晶格后，禁帶寬度隨著Mn含量的增加而減小。7％Mn摻雜的樣品的飽和磁化強(qiáng)度最大，低于7％摻雜

4、時(shí)，隨Mn摻雜濃度的增加樣品的飽和磁化強(qiáng)度增加，高于7％摻雜時(shí)，隨Mn摻雜濃度的增加樣品的飽和磁化強(qiáng)度減小。 4.對(duì)溶膠—凝膠法制備的CuxZn1-xO和Cu、Mn共摻雜的ZnO薄膜，研究了不同退火溫度和不同Cu摻雜濃度對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、禁帶寬度的影響，并對(duì)比了Mn摻雜的ZnO薄膜、Cu摻雜的ZnO薄膜和Cu、Mn共摻雜的薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、禁帶寬度和磁性。Cu的摻雜使得禁帶寬度減小。Cu、Mn共摻雜的薄膜飽和磁化強(qiáng)度最