Zn-,1-x-Co-,x-O稀磁半導體的研究.pdf

1、稀磁半導體(DMS)結合了半導體的電荷輸運特性和磁性材料的信息存儲特性，是構建新一代自旋電子器件的關鍵材料。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薄膜的結構，光學性質和磁學性質。 1，利用PLD法在Si(001)面上生長了不同厚度的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對ZnO系列樣品的結構和光學

2、性質進行了研究，并討論了ZnO薄膜電學性質的厚度依賴性。隨著厚度的增加，薄膜的晶格應變得到釋放，表面粗糙度明顯增大，電學性質得到優(yōu)化。在薄膜生長的不同階段會產(chǎn)生不同的缺陷，發(fā)光PL譜上出現(xiàn)對應的缺陷峰。 2，Zn<,1-x>Co<,x>O薄膜光學性質的研究：利用PLD法在Al<,2>O<,3>(0001)面上外延生長了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”效應來解釋。 3，利用X射線吸收精細結構(XAFS)、X射線衍射(XRD)和磁性測量等技術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)稀磁半導體薄膜的結構和磁性。磁性測量結果表明Zn<,1-x>Co<,x>O樣品都具有室溫鐵磁性。XRD結果顯

4、示其薄膜樣品具有結晶良好的纖鋅礦結構。EXAFS結果表明，PLD法制備的樣品中的Co離子全部進入ZnO晶格中替代了部分zn的格點位置，生成單一相的Zn<,1-x>Co<,x>O稀磁半導體。通過對x射線吸收近邊結構譜的分析，確定Zn<,1-x>Co<,x>O薄膜中存在O空位，我們認為Co離子與O空位的相互作用是誘導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，介紹了中國科學技術大學國家同步輻射實驗真空紫

5、外圓二色光譜測量裝置的安裝及調(diào)試結果，包括光學設計、樣品池、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、以及標準樣品測量的結果。該實驗站連接在彎鐵光源、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，得到圓二色光譜信號。常規(guī)實驗條件