钠、钴共掺的氧化锌稀磁半导体薄膜的制备与性能研究

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1页摘要稀磁半导体可同时利用电子的电荷和自旋两个自由度而有望用作新型电子信息材料器件，因此倍受人们的关注。本文采用溶胶一凝胶旋涂法制备C02+掺杂ZnO基稀磁半导体薄膜，在大量工艺探索的基础上，制备出Na+、C02+共掺ZnO基稀磁半导体薄膜。结合样品的结构分析、化合价态、光学、电学特性及磁性行为，对样品的室温铁磁性及来源进行了初步的探讨和分析。利用XRD、AFM、SEM，综合分析了生长于不同衬底、不同干燥温度、不同退火温度对Znl．xCo。O(x=O．08，0．10，0．12)薄膜结构的

2、影响，得到了最佳的衬底、干燥及退火温度；通过XPS、VSM、Hall效应及紫外一可见光谱综合分析了C02+含量和退火气氛对Znl-xCo，O薄膜性能的影响，结果表明，Co。Znl-xO薄膜的室温铁磁性是薄膜的本征属性，磁性的强弱与薄膜中载流子浓度相关，可以通过控制退火气氛得到不同载流子浓度从而调节其磁性强弱。在最佳的工艺条件下，制备了不同退火气氛下的Zn0．90．；Coo．10Na。O(x=0．01，0．02，O．03，0．04，O．05)薄膜。研究了Na+掺杂含量及退火气氛对薄膜结构的影响；发现不同退火气氛下的样品室温

3、下存在铁磁及抗磁两种状态，研究了铁磁态下磁性与Na+离子掺杂浓度之间的关系，分析了各种磁性状态产生的原因和各种杂质或本征缺陷所形成的能级在薄膜能带结构中的状态。研究表明，Na掺杂含量与退火气氛对薄膜的结晶质量都有很大影响，样品的磁性为载流子间接机制的RKKY相互作用所控制。关键词t氧化锌溶胶一凝胶法共掺杂室温铁磁性西南科技大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractDilutedmagneticsemiconductor(DMSliSakindofnovelsemiconductors，whichisformedbyu

4、singmagnetictransitionmetalionsorrareearthmetalionstorandomlyreplacethenon-magneticcationsinsemiconductors．Itcanutilizebothofchargeandspinofanelectronsimultaneouslyinhopesofbeingappliedintothenovelelectronicmaterialsanddevices，SOitisattractingpeople’Smoreandmorea

5、ttention．Inthisthesis，weuseasol—gelmethodtoprepareCo-dopedZnODMScompoundfilms．Onthebaseoflargeamountsofprocessingexplorations，weprepareNa，Co-codopedZnODMSthinfilmsandmadeaprimarydiscussionandanalysisfortheobservedroom-temperature(RT)ferromagneticstateinthesamples

6、aswellasitsoriginincombinationwiththestructureanalysis，thebondedstate，theopticalcharacteristicandthemagneticbehaviorofthesamples．Theinfluencesofthegrowthondifferentsubstrates，differentdryingtemperatureanddifferentannealingtemperatureonZnl．xCox0(x=0．08，0．10，0．12)t

7、hinfilmwerecharacterizedbyXRD、AFM、SEM．Thebestsubstrateanddryandannealingtemperaturewasachievedthroughtheexperiment．TheinfluencesofCoz+concentrationandannealingatmosphereonZni．xCox0(x20．08，0．10，0．12)thinfilm’SpropertieswerecharacterizedbyXPS，VSM，HalleffectandtheUV

8、—Visspectra．Thetestresultsshowthatthethinfilms’roomtemperatureferromagneticisintrinsicpropertyandthestrengthofthinfilmsmagneticisrelatedtocarrierconcentrationS