外延SnO2基半導(dǎo)體薄膜的結(jié)構(gòu)及磁、光、電性能的研究.pdf

1、在半導(dǎo)體薄膜材料領(lǐng)域，國內(nèi)外的研究主要集中于薄膜材料改性，促進新物質(zhì)的探索和深層物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究。作為重要的稀磁半導(dǎo)體材料和光催化材料，SnO2因其獨特的物理性能，近年來受到極大的關(guān)注。然而，其室溫鐵磁性的起源尚無明確定論。此外，若能實現(xiàn)對帶隙的有效調(diào)控，將豐富其在可見光范圍內(nèi)的應(yīng)用。因此，探索調(diào)控其物理性能的方法，并建立磁-光性能的關(guān)聯(lián)成為一個關(guān)鍵的課題。我們利用磁控濺射法制備了外延SnO2、Sn0.94K0.06O2及Sn1-xAlx

2、O2薄膜，并對其微觀結(jié)構(gòu)及磁、光、電性能進行了系統(tǒng)研究。
　　1.使用反應(yīng)濺射法制備了的外延SnO2薄膜。薄膜中存在由于Al2O3基底和SnO2薄膜之間的晶格失配而產(chǎn)生的雙軸張應(yīng)力，且該應(yīng)力隨膜厚的減小而增大。通過增大SnO2 bc面內(nèi)的張應(yīng)力，可以得到顯著縮小的光學(xué)帶隙。這表明應(yīng)力效應(yīng)有望成為有效剪裁SnO2能帶結(jié)構(gòu)的新手段。
　　2.使用磁控濺射法生長了外延Sn0.94K0.06O2薄膜，通過施加純SnO2緩沖層和改變膜

3、厚的方式調(diào)控薄膜的殘余應(yīng)力。XRD的結(jié)果表明，緩沖層能夠提高Sn0.94K0.06O2薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，且能夠有效調(diào)節(jié)薄膜中的張應(yīng)力。增大Sn0.94K0.06O2 bc面內(nèi)的張應(yīng)力，K+優(yōu)先占據(jù)替代位，薄膜中的空穴濃度增大，且光學(xué)帶隙減小。此外，Sn0.94K0.06O2薄膜的飽和磁化強度隨張應(yīng)力的增大而明顯增強。因此，在該體系中，應(yīng)力效應(yīng)(張應(yīng)力)可用于增強空穴引起的鐵磁性。
　　3.使用射頻濺射法生長了外延Sn1-xAlxO2

4、薄膜。低濃度摻雜時，Al3+優(yōu)先占據(jù)替代位，引入受主缺陷。當(dāng)摻雜濃度增大到8-10at.％的范圍內(nèi)時，多數(shù)Al3+占據(jù)間隙位，引入施主缺陷。同時，光學(xué)帶隙首先因空穴摻雜而減小，隨后由于電子的引入而展寬。對薄膜進行后退火處理，發(fā)現(xiàn)空氣退火能夠使Al3+從替代位(受主摻雜)轉(zhuǎn)移到間隙位(施主摻雜)。當(dāng)大部分Al3+占據(jù)替代位(間隙位)時，薄膜的光學(xué)帯隙將減小(增大)。此外，在薄膜中存在施主缺陷(氧空位和Al間隙位)，且該缺陷能夠顯著影響能帶