Fe摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)和鐵磁性的研究.pdf

1、ZnO作為一種性能優(yōu)良的寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有較高居里溫度以及室溫鐵磁性而成為制備稀磁半導(dǎo)體的重要材料之一，因過(guò)渡金屬摻雜的ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料同時(shí)具備電子的電荷特性和自旋特性，使其在自旋電子學(xué)和光電子領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。利用其電學(xué)性質(zhì)可制作高速緩沖存儲(chǔ)器；利用其磁學(xué)性質(zhì)可制作出永久性信息存儲(chǔ)器，使其有望成為新一代信息存儲(chǔ)的載體。本論文利用磁控濺射制備了Fe摻雜ZnO半導(dǎo)體樣品，研究了Fe的摻雜量、退火溫度、退火氣氛對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)和

2、室溫鐵磁性的影響，將納米薄膜的微結(jié)構(gòu)缺陷和鐵磁性聯(lián)系起來(lái)，對(duì)Fe摻雜ZnO納米薄膜室溫鐵磁性的來(lái)源進(jìn)行了解釋。
　　1.采用磁控濺射法在Si襯底上制備了純ZnO和Zn1-xFexO(x=1.0％，3.0％，5.0％，7.0％)納米薄膜，分別在真空和空氣中用不同溫度對(duì)樣品進(jìn)行退火處理后得到Fe摻雜ZnO稀磁半導(dǎo)體納米薄膜材料。利用X光衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、以及X射線光電子能譜儀（XPS）和振動(dòng)

3、樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)、表面形貌、元素成分、元素化學(xué)價(jià)態(tài)和室溫鐵磁特性進(jìn)行測(cè)試。
　　2.XRD測(cè)試結(jié)果表明，樣品均為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng)，F(xiàn)e摻雜量和退火溫度對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)有一定程度的影響，隨著Fe摻雜量的增加，樣品的衍射峰強(qiáng)度先增大后減小，薄膜中的應(yīng)力逐漸增大，晶粒尺寸逐漸減小；當(dāng)退火溫度為450oC時(shí)，出現(xiàn)了最強(qiáng)的(002)衍射峰，晶粒大小變?yōu)樽畲?，薄膜的結(jié)晶度和取向性都明顯變好，之后隨著退火溫度的上升薄

4、膜晶粒變小，衍射峰強(qiáng)明顯變?nèi)?。利用SEM對(duì)樣品表面形貌和斷面觀測(cè)結(jié)果表明，F(xiàn)e的摻雜能提高ZnO:Fe納米薄膜的晶粒均勻性和表面致密性；隨著退火溫度的升高，薄膜表面平整性逐漸改善，晶粒變大，但大小仍不均勻。薄膜厚度隨著摻雜濃度的增大先增加后減小，退火溫度和氣氛對(duì)薄膜的生長(zhǎng)有一定的影響，空氣中450℃溫度退火時(shí)薄膜平均厚度為最大。通過(guò)對(duì)其EDS譜的分析，確定我們成功將Fe摻入ZnO納米薄膜中，并且XPS分析發(fā)現(xiàn)Fe在薄膜中以Fe2+和Fe

5、3+兩種價(jià)態(tài)存在。
　　3.利用 VSM對(duì)薄膜的鐵磁性進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明所有樣品均出現(xiàn)一條 S形的完整的磁滯回線，說(shuō)明具有較明顯的室溫鐵磁性。Fe元素的摻雜量、退火溫度、退火氣氛均對(duì)薄膜鐵磁性有一定程度的影響。隨著Fe元素的摻雜量增加，薄膜飽和磁化強(qiáng)度逐漸減小，但仍大于純 ZnO薄膜的飽和磁化強(qiáng)度；隨著退火溫度的上升，薄膜磁化強(qiáng)度有逐漸增大的趨勢(shì)；空氣中退火的樣品磁化強(qiáng)度均小于純 ZnO薄膜的磁化強(qiáng)度。對(duì)其鐵磁性用缺陷與周?chē)拇?/p>