co、mg共掺杂in_2o_3稀磁半导体薄膜的制备、结构与性能

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1、中困分类号０４８４讼文编号１００６０１６－０１２６：学科分类号４０密敏３０．＂２＊义嗦乂净ＴＩＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕±学位论支Ｃｏ、Ｍｇ共惨杂Ｉ１Ｉ２Ｏ３稀磁半导体薄膜的制备、结构与性能．一—，Ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄ巧■ｉｒｏｅ－ｉｌｉｅｓｏｌＸｏａｎｄＭｃｏｄ〇０＃ｄＩｒｕＯｐｐｇ，，＿＿Ｓ￣Ｍ德＇ｆｌＣ棚稱■＇■＂■，．．—．．ｉ，■■

2、■■■：：］．遍材料科学与工程＾ａｓｉａｉｓＨ材料物理与化学１■巧Ｉｔ去５Ｅ＾任远安玉凯教授＇．天津理工大学班究生院二ｏ－六年一月ｆＩ独准Ｉ牲寒巧本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加臥标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得又津理工大学或其他教育机构的学位或巧书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研宛所做的任何贡献巧已在论文中作了明确的说明并表示了谢

3、意。学佐冶文作者签住造签章曰期：年ＶｌＩ巧学隹冷文奴权使巧援权书本学位论文作者完全了解义津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大等可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，文１＾＾供件查。阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复本和电子／．－（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学签佐冷文作者签《：■延■导呵签名：拿曰期；如ｋ年可答寺曰期：７／〇｜６年月居哥分类号：430

4、.4520密级：天津理工大学研究生学位论文Co、Mg共掺杂In2O3稀磁半导体薄膜的制备、结构与性能（申请硕士学位）学科专业：材料物理与化学研究方向：稀磁半导体材料的制备与性能作者姓名：任远指导教师：安玉凯教授2016年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeThepreparation,structureandpropertiesofCoandMgco-dopedIn2O3dilutedmagneticsemicon

5、ductorfilmsByRenyuanSupervisorProfessorAnYukaiJan.2016摘要本论文采用射频磁控溅射法，在SiO2/Si（100）和超白玻璃基片上沉积了Co/Mg共掺杂In2O3稀磁半导体薄膜。利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、同步辐射X射线吸收精细结构（XAFS）、Hall效应、电阻率-温度曲线（ρ-T）、磁电阻（MR）和超导量子干涉仪（SQUID）等表征测试分析方法系统地研究了Co/Mg共掺杂In2O3稀磁半导体薄膜的局域结构以及

6、自旋相关的磁、输运性能，主要结果如下：1、制备了一系列Co掺杂浓度变化的(In0.97-xCoxMg0.03)2O3薄膜。XRD表征分析显示薄膜为立方方铁锰矿结构，没有出现Co、Mg团簇及其氧化物等第二相。XPS和HRTEM表征分析显示Mg和Co离子均以+2价形式存在，薄膜晶体取向性良好，条纹间距清晰均匀，元素Co除了主要以替位形式存在外，出现了少部分Co团簇。具有元素分辨的同步辐射XAFS以及多重散射理论（FEFF9.0）计算表明，当掺杂浓度x=0.02时，Co离子完全替位In2O3晶格中的In1位，且第一近邻

7、配位存在氧空位缺陷。Hall效应测试显示，所有薄膜都呈现出n型导电，随着Co掺杂浓度的增大，载流子浓度先减小后增大。R-T测试表明薄膜样品都表现为半导体导电属性，导电机制在低温区符合Mott变程跃迁，高温区时符合硬带跃迁导电机制。磁电阻（MR）测试表明，对于低Co浓度的掺杂样品（x=0.02,0.04）在所有测试温度下均为负磁电阻，随着Co的掺杂浓度增至x=0.085，薄膜表现为正磁电阻。紫外-可见光透射谱测试表明，随着Co掺杂浓度增加，薄膜的透光率和禁带宽度均逐渐减小。磁性测试表明所有薄膜样品都具有室温铁磁性，

8、随着Co掺杂浓度的升高，饱和磁矩先增加后减小，而载流子浓度先减小后增大，排除了载流子介导机制引起室温铁磁性的可能性；室温铁磁性源于氧空位诱发的束缚磁极子模型，而对于高浓度的Co掺杂薄膜，替位Co的百分比含量减小，因此，由氧空位诱发产生的束缚磁极子数目减小，导致Ms减弱。2、制备了一系列Mg掺杂浓度变化的(In0.96-yCo0.04Mgy)2O3薄膜。结果表明：薄膜为立方