磁控濺射制備3d過渡金屬摻雜氮化銅薄膜及其應用研究.pdf

1、本文研究了3d過渡金屬摻雜對氮化銅薄膜的結構和光學特性的影響，并重點關注了Mn摻雜帶來的特殊變化。然后利用釩、鉻和錳摻雜來改良氮化銅薄膜磁學性能，得到了Cr摻雜對氮化銅薄膜的磁性貢獻最大。最后基于錳摻雜氮化銅帶來的特殊光電特性，我們將其應用于可見光探測，得到了一種基于氮化銅的新型可見光探測器。最后基于氮化銅薄膜在一次性光存儲領域的應用，采用致密的氧化物層來改善一次性光存儲的容量。本文的工作主要有以下四個方面的內(nèi)容：
　　一、采用磁

2、控濺射方法制備了3d過渡金屬（Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn）摻雜氮化銅薄膜，Sc、Ti、V的摻入減少了參與反應的Cu，偏向于富氮的結構生長，摻入Cr、Mn、Fe金屬，它們的3d電子更多，此時摻雜氮化銅還保留著（111）峰，而Co、Ni的摻雜使得氮化銅完全保持著（111）擇優(yōu)生長，并且（111峰）變得更強，因為Co和Ni擁有最多的3d電子，給Cu提供電子變成離子鍵，增強了氮化銅成鍵能力。摻雜3d過渡金屬對氮化銅的光電

3、特性有不同的影響，總的來說，3d電子越多的金屬摻雜使得氮化銅薄膜更加趨于導體性質(zhì)，帶隙減小，導電性變好，其中唯獨錳摻雜表現(xiàn)出異常情況，錳摻雜之后反而趨向于增加帶隙和電阻，對可見光的反應更明顯。
　　二、為探索磁性過渡金屬摻雜對氮化銅薄膜磁性的影響，我們成功制備了（100）擇優(yōu)生長的純的氮化銅薄膜和釩、鉻、錳摻雜氮化銅薄膜，并且從理論計算的角度分析了摻雜之后氮化銅的結構和磁性變化。結果表明，過渡金屬摻雜之后氮化銅薄膜的晶格常數(shù)都會變

4、大，晶格膨脹，表面形貌發(fā)生了不同的變化，釩和鉻摻雜的光學帶隙從1.5 eV減小到1.22 eV，錳摻雜氮化銅薄膜的光學帶隙增加到1.56 eV，帶隙的增加可歸因于富氮的生長條件和莫斯布爾斯坦效應。根據(jù)理論計算結果，磁性過渡金屬體心摻雜比替代摻雜更容易改善氮化銅的磁學性能。其中鉻體心摻雜氮化銅展現(xiàn)出最大的磁性矢量0.2656μB。
　　三、針對錳摻雜帶來的特殊光學性質(zhì)和電學性質(zhì)變化，我們第一次設計了基于錳摻雜氮化銅的可見光探測器。制

5、備的錳摻雜氮化銅薄膜表現(xiàn)為為晶體結構，并且能夠很好的吸收可見光，其光學帶隙為1.47 eV，大于純氮化銅薄膜的值1.29 eV。令人滿意的是基于錳摻雜的氮化銅薄膜的光探測器展示了良好的可見光響應，大于2倍的響應度，超快的反應速率（上升和延遲時間都小于0.1 s），優(yōu)于未摻雜氮化銅薄膜的可見光探測器。首次發(fā)現(xiàn)的這種光電特性反應了響應度和響應速度之間良好的平衡，表明錳摻雜氮化銅薄膜在未來光電探測領域擁有良好的應用前景。
　　四、我們設

6、計和制備了一種添加Al2O3的氮化銅薄膜新型一次性光存儲器件。首先在玻璃基底上制備了111擇優(yōu)生長的氮化銅薄膜。然后采用射頻濺射沉積了一層100 nm厚的Al2O3保護層，通過一個自制的掩膜版（不同尺寸大小的“IAM”掩膜圖樣）進行激光輻射，激光照射導致氮化銅分解成的銅金屬和氮化銅在光反射率上有著明顯的差異而記錄信息。Al2O3保護層的加入明顯減小了激光照射分解的顆粒團聚，通過溶液溶解后，電子顯微鏡觀測發(fā)現(xiàn)分解顆粒明顯減小，這樣使得信息