釩摻雜及釩氮共摻ZnO薄膜特性研究.pdf

1、居里溫度高于室溫的鐵磁性半導體是下一代微電子和光電子器件中重要的自旋電子材料。理論計算和實驗表明氧化鋅摻釩可獲得居里溫度高于300K的鐵磁性，并且空穴的引入有利于鐵磁態(tài)的穩(wěn)定。ZnO的激子結合能為60meV，在室溫或更高溫度下能穩(wěn)定存在，可以實現(xiàn)室溫或更高溫度下高效的激子受激發(fā)射。因此有可能制作磁光特性集于一身的ZiaO器件。問題是如何獲得這種特性的高質量ZnO薄膜。 本文采用直流反應磁控共濺射法在玻璃襯底上制備了釩摻雜的ZnO

2、薄膜，研究了釩含量對薄膜結構和光學參數(shù)的影響；同時考慮到空穴的引入有利于穩(wěn)定鐵磁性，還利用射頻、直流磁控共濺射的方法在玻璃襯底上制備了釩氮共摻的ZnO膜，分析了釩靶濺射功率和退火處理對薄膜結構和光學性能的影響。 研究結果和主要結論如下： 1.釩摻雜的ZnO薄膜研究(1) 當V摻雜含量較小時(釩占鋅與釩原子和的百分比為1.74at.﹪)，薄膜具有高度c軸擇優(yōu)取向和較好的結晶質量，隨V含量增加薄膜取向性變差。V原子替代ZnO

3、晶格中的Zn，且分布均勻。V摻雜ZnO薄膜都處于壓應力狀態(tài)，壓應力隨釩含量增大而增大。 (2) 少量的V摻雜可在特定的波長范圍內獲得高透過率的釩氮共摻ZnO膜；隨釩含量增加，薄膜透過率減小，折射率先減小后增大，消光系數(shù)呈現(xiàn)上升的趨勢，光學帶隙先略微上升后明顯變小。這說明通過改變V摻雜量可以控制ZnO的光學參數(shù)。 2.釩氮共摻的ZnO薄膜研究(1) 較小的釩靶功率(30W)可濺射得到結晶質量較好和光學透過率較高的釩氮共摻Z

4、nO膜。隨釩靶功率增加，薄膜結晶質量變差。釩氮共摻ZnO膜的光學帶隙隨釩靶功率增大近似線性增長，這說明控制釩靶功率可改變釩氮共摻ZnO膜的光學帶隙。較小釩靶功率的釩氮共摻ZnO膜具有強的紫外發(fā)射和弱的藍光、綠光發(fā)射，發(fā)光性能較好。 (2) 退火處理可明顯改善釩氮共摻ZnO膜的結晶質量和光學性能。隨退火溫度升高，薄膜結晶質量變好，透過率增加，光學帶隙減小。釩氮共摻ZnO膜在550℃退火后紫外發(fā)射明顯增強，同時有藍光、綠光和紅光發(fā)射