zno基稀磁半导体的制备及相关性能-研究

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1、华中科技大学硕士学位论文ZnO基稀磁半导体的制备及相关性能研究姓名：陈飞申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：胡作启20070602华中科技大学硕士学位论文摘要稀磁半导体的成功研制可为未来多功能自旋电子器件的开发打下基础。本文从理论和实验两个方面对氧化锌（ZnO）基稀磁半导体进行了研究。在理论方面，通过对ZnO基稀磁半导体第一原理计算，发现锰（Mn）的d带的上自旋态局域在价带，且被电子填满而下自旋态与上自旋态之间有带隙。因此很难出现铁磁交换作用，体系若出现铁磁性需要进行适当的掺杂。对各种掺杂情况

2、进行分析后发现氮（N）掺杂、锂（Li）掺杂和Zn空位的存在可导致体系出现有效的铁磁交换作用，而氧空位的存在对体系铁磁性的出现没有贡献。对比Mn掺杂和钴（Co）掺杂两种情况的分析，我们发现Mn掺杂的ZnO体系若要出现铁磁性需要进行适当的p型掺杂；而对于Co掺杂的ZnO体系不需要p型掺杂也可能出现以自由电子为媒介类似于RKKY的交换作用。在实验方面，用陶瓷工艺研制出了Mn掺杂ZnO基稀磁半导体体材。XRD测试表明，在500℃时烧结出来的样品没有杂质相存在，而在900℃烧结时有Mn的氧化物存在。样品的磁性能测试发现，

3、2%原子Mn+0.5%原子Li掺杂ZnO在500℃时和5%原子Mn+0.5%原子Li掺杂ZnO在900℃时烧结出的样品都出现了室温铁磁性，其磁性起源可用不同的机理解释。在体材分析的基础上用脉冲激光消融沉积（PLD）工艺研制出了ZnO基DMS薄膜。分析结果表明，气氛要大于温度对薄膜晶相的影响，在真空下不如氧气下沉积出的薄膜的取向度好。这是因为氧气氛中的氧（O）填充到了ZnO中的氧空位的缘故。关键词：稀磁半导体磁性起源铁磁交换作用ZnO薄膜氧缺陷I华中科技大学硕士学位论文AbstractIfwesuccessful

4、lyproducedilutedmagneticsemiconductor,itcanbeasabaseofthe developmentofthespinelectronicdevices.Inthispaper,weanalyzethemagneticorigin ofZnObaseddilutedmagneticsemiconductor.InthetheorystudywefoundthatMn-dupstateislocatedinthevalencebandandall thestateshaveh

5、eentakenupbytheelectronics.Theupstateandthedownstatehavean energygap,forthisreason,itisverydifficultfortheferromagnetismexchangeinteraction toemerge.Ifthesystememergestheferromagnetismexchangeinteraction,thesystem needanappropriatep-typedenote.Weanalyzedallk

6、indsofthedenotepropertiesofZnObaseddilutedmagnetic semiconductorsystem.WefoundthatwhenN、LiaredenotedintheZnOorZnvacancy existingintheZnO,thenthesystemcanemergetheferromagnetismexchangeinteraction, butOxygenvacancywhichexistsintheZnOsystemhasnothingactiontoth

7、emagnetic propertyofthesystem.AccordingtotheanalysisoftheMnandCodenotedZnOsystem,wefoundthatifthe MndenotedZnOsystememergetheferromagnetismexchangeinteraction,thesystem needsanappropriatep-typedenote,buttotheCodenotedZnOsystem,itneedsnothing denote,thesystem

8、canemergejustliketheRKKYferromagnetismexchangeinteraction whichmediatedbytheelectronics.Intheexperiment,weproducedMndopedZnObasedDMSandanalyzedthe propertiesofthem.Intheend,wefoundthatthereisnot