外延SnO2基半導體薄膜的結構及磁、光、電性能的研究.pdf

1、在半導體薄膜材料領域，國內外的研究主要集中于薄膜材料改性，促進新物質的探索和深層物質結構的研究。作為重要的稀磁半導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)對帶隙的有效調控，將豐富其在可見光范圍內的應用。因此，探索調控其物理性能的方法，并建立磁-光性能的關聯(lián)成為一個關鍵的課題。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，并對其微觀結構及磁、光、電性能進行了系統(tǒng)研究。
　　1.使用反應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生的雙軸張應力，且該應力隨膜厚的減小而增大。通過增大SnO2 bc面內的張應力，可以得到顯著縮小的光學帶隙。這表明應力效應有望成為有效剪裁SnO2能帶結構的新手段。
　　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、厚的方式調控薄膜的殘余應力。XRD的結果表明，緩沖層能夠提高Sn0.94K0.06O2薄膜的結晶質量，且能夠有效調節(jié)薄膜中的張應力。增大Sn0.94K0.06O2 bc面內的張應力，K+優(yōu)先占據(jù)替代位，薄膜中的空穴濃度增大，且光學帶隙減小。此外，Sn0.94K0.06O2薄膜的飽和磁化強度隨張應力的增大而明顯增強。因此，在該體系中，應力效應(張應力)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。當摻雜濃度增大到8-10at.％的范圍內時，多數(shù)Al3+占據(jù)間隙位，引入施主缺陷。同時，光學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)轉移到間隙位(施主摻雜)。當大部分Al3+占據(jù)替代位(間隙位)時，薄膜的光學帯隙將減小(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