Cu掺杂ZnO薄膜的结构及性质的研究

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1、Cu掺杂ZnO薄膜的结构及性质的研究中文摘要Cu掺杂ZnO薄膜的结构及性质的研究中文摘要ZnO作为一种优秀的半导体材料，以其直接宽禁带(3．37eV)，高电子激活能(60meV)等特点，广泛的应用太阳能电池、压电薄膜、光电器件和气敏器件等方面。近年来，人们对稀释磁性半导体(DilutedMagneticSemiconductors．DMS)材料越来越有兴趣，DMS材料是在非磁性半导体(如Ⅳ．VI族、II．VI族或III．V族)中掺杂过渡金属(如Fe，Mn，Co，Cr等)，利用载流子控制技术产生磁性的一种新型功能材料。由于该材料表现出特殊的光电、磁

2、光、光吸收和输运特性而广泛的应用于磁电和自旋电子器件等。通过理论计算，一些小组发现ZnO基半导体材料可能是室温下或更高温度下的实现铁磁性的材料。目前国内外有许多研究小组已经开展了ZnO基DMS的研究工作，对于其磁性起源作了深入的分析，并获得了一定的研究成果。本文在Si基片和石英基片上采用射频磁控溅射方法制备了不同Cu掺杂量的ZnO薄膜，研究了Cu掺杂前后对薄膜结构特征的影响及不同Cu掺杂量对薄膜的光、电、磁学性质的影响。在实验中，用高纯度Ar气作为工作气体，用高纯ZnO(99．99％)靶作为溅射靶来制备薄膜，为了实现不同的Cu掺杂浓度，在溅射靶材

3、表面均匀贴上Cu片，通过共溅射的方法制备Znl．xCu茁O薄膜，可以通过改变贴在靶材表面Cu片数量来改变掺杂量。Znl《CuxO薄膜的XRD和SEM测量结果都表明，一定量的Cu掺杂(萨0．05)可以提高ZnO薄膜的结晶质量，使得薄膜呈纳米柱状生长，但是随着Cu掺杂量的进一步增加，结晶质量又会变差。从Znl《Cu．O薄膜的gRman和PL图谱中，发现薄膜中存在大量的Zn间隙和O空位的缺陷，这与Cu的掺杂有一定的关系。在Znl嗔Cu．O薄膜的PL谱上发现三个PL发光峰，分别位于418nm、444nm左右的蓝峰和500nm左右的绿峰，并且发光峰随着掺杂

4、量的增加而减弱。通过分析得出，我们认为观察到的发光峰都起源于薄膜的本征缺陷。最后我们对Znl哇Cu,O薄膜磁学性质进行了研究，发现薄膜呈室温铁磁性，并且Cu掺杂ZnO薄膜的结构及性质的研究中文摘要薄膜的铁磁性随着Cu掺杂浓度的增加而减弱。Znl#u刀薄膜的电阻率测量结果表明薄膜呈高阻抗性，所以排除用载流子交换模型来解释磁性起源。根据前面的分析，因此我们用BMPs模型来解释磁性的起源。关键词：Cu掺杂ZnO薄膜；结构；光学性质；磁学性质Ⅱ作者：陈学梅指导老师：诸葛兰剑吴雪梅Cu掺杂ZnO薄膜的结构及性质研究AbstractTheStudyonStr

5、uctureandPropertiesofCu—-ZnOFilmsAbstractAsadirectlywidebandgapsemiconguctor,ZnOfilmisawell—knownmaterialwithahexagoIlalcrystallinestracture，widebandgap(3．37eV)andlargeexcitonicbindingenergy(about60meV)．ThecharacteristicsofZnOfilmscanbeusedinsolarcells，piezoelectricdevice，opt

6、oelectricdevice，andgassensorssoOil．Recently,thestudiesfordilutedmagneticsemiconductors(DMS)havenowattractedmuchattentionofmanyresearchers，whichexploitsspininmagneticmaterialsalong、Vitllthechargeofelectronsinsemiconductors．IthasbeenfoundthattheDMSformedbyreplacingthecationsofI

7、V—VI，II—VIorIII—VnonmagneticsemiconductorsbytransitionFe，Mn，CoandCrcallexhibitanumberofuniquemagnetic，magneto—optical，andmagnetotransportproperties，applicableformagnetoelectronicandspintronicdevices．Specially，basedonmeanfieldtheory，ZnOisapromisingcandidateforproducingaDMSwima

8、Curietemperatureaboveroomtemperature．Somegroupshavedonegreateffortso