Zn-,1-x-Co-,x-O稀磁半導(dǎo)體的研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體(DMS)結(jié)合了半導(dǎo)體的電荷輸運(yùn)特性和磁性材料的信息存儲(chǔ)特性，是構(gòu)建新一代自旋電子器件的關(guān)鍵材料。本文利用脈沖激光氣相沉積法(PLD)制備了ZnO及摻雜Zn<,1-x>Co<,x>O系列樣品，主要研究Zn<,1-x>Co<,x>O薄膜的結(jié)構(gòu)，光學(xué)性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)。 1，利用PLD法在Si(001)面上生長(zhǎng)了不同厚度的ZnO薄膜。采用X射線衍射(XRD)，原子力顯微鏡(AFM)和同步輻射光譜技術(shù)對(duì)ZnO系列樣品的結(jié)構(gòu)和光學(xué)

2、性質(zhì)進(jìn)行了研究，并討論了ZnO薄膜電學(xué)性質(zhì)的厚度依賴性。隨著厚度的增加，薄膜的晶格應(yīng)變得到釋放，表面粗糙度明顯增大，電學(xué)性質(zhì)得到優(yōu)化。在薄膜生長(zhǎng)的不同階段會(huì)產(chǎn)生不同的缺陷，發(fā)光PL譜上出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的缺陷峰。 2，Zn<,1-x>Co<,x>O薄膜光學(xué)性質(zhì)的研究：利用PLD法在Al<,2>O<,3>(0001)面上外延生長(zhǎng)了Zn<,1-x>Co<,x>O(x=0．005,0．01，0．02,0．05,0．10)系列樣品。通過對(duì)PL譜以

3、及透射譜的分析可知，Co的摻入，增大了Zn<,1-x>Co<,x>O薄膜的禁帶寬度，這種現(xiàn)象可以用“B-M”效應(yīng)來解釋。 3，利用X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)、X射線衍射(XRD)和磁性測(cè)量等技術(shù)研究脈沖激光氣相沉積(PLD)法制備的Zn<,1-x>Co<,x>O(x=0．005,0．01，0．02,0．05,0．10)稀磁半導(dǎo)體薄膜的結(jié)構(gòu)和磁性。磁性測(cè)量結(jié)果表明Zn<,1-x>Co<,x>O樣品都具有室溫鐵磁性。XRD結(jié)果顯

4、示其薄膜樣品具有結(jié)晶良好的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。EXAFS結(jié)果表明，PLD法制備的樣品中的Co離子全部進(jìn)入ZnO晶格中替代了部分zn的格點(diǎn)位置，生成單一相的Zn<,1-x>Co<,x>O稀磁半導(dǎo)體。通過對(duì)x射線吸收近邊結(jié)構(gòu)譜的分析，確定Zn<,1-x>Co<,x>O薄膜中存在O空位，我們認(rèn)為Co離子與O空位的相互作用是誘導(dǎo)Zn<,1-x>Co<,x>O產(chǎn)生室溫鐵磁性的主要原因。 論文的最后一章，介紹了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)真空紫

5、外圓二色光譜測(cè)量裝置的安裝及調(diào)試結(jié)果，包括光學(xué)設(shè)計(jì)、樣品池、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、以及標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)量的結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)站連接在彎鐵光源、正入射單色器光束線的末端，在0．5 nm光譜分辨下樣品點(diǎn)的光通量大于10<'12>ph/s。采用線性起偏器獲得線偏振同步輻射，經(jīng)過光彈調(diào)制器(PEM)獲得重復(fù)頻率約50 KHz、左右旋交替的圓偏振光。通過高壓伺服使得光電倍增管平均輸出電流不變；使用鎖相放大器采集與PEM同頻的交流信號(hào)，得到圓二色光譜信號(hào)。常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件