论文摘要
自旋电子学产生以来电子领域发生了很大的变化,它同时利用了电子的的电荷属性和自旋属性,根据这两个属性设计并研制了许多新型的自旋电子学器件。稀磁半导体（DMS）是自旋电子学器件的重要组成部分,近些年来一直成为了研究的热点,DMS是利用过渡金属掺杂到非磁性材料中取代里面部分非磁性阳离子而生成的新型材料。目前越来越多的人开始关注ZnO基稀磁半导体,因为ZnO有良好的电学、磁学、光学特性,以及良好的气敏特性和压电特性。很多人在研究中发现了室温铁磁性,但是磁性来源存在争议,有人认为是团簇和第二相造成的,也有人认为是源于薄膜自身,本文分别利用溶胶凝胶法和磁控溅射法制备了Fe掺杂ZnO薄膜,通过改变磁控溅射中的各种工艺条件,研究不同的制备方法及工艺条件对薄膜磁性的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、光致激发谱（PL）对薄膜进行表征,利用综合物理性质测量系统（PPMS）测量薄膜的磁性。主要研究内容如下:1.利用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂浓度分别为0、1%,3%,5%的ZnO样品薄膜,所有样品都出现了多个ZnO衍射峰, XRD检测没有发现团簇和杂质的存在,XPS检测Fe是以Fe3+的形式掺杂到ZnO中,PPMS测得当掺杂量为1%时薄膜的磁性最大,我们还发现不同的磁场下薄膜的磁化饱和强度不同,说明薄膜时磁各向异性的,这也进一步证明磁性是薄膜固有的。2.采用磁控溅射法制备薄膜时通过控制Fe靶的溅射功率来改变掺杂量,所有薄膜都有良好的c轴取向生长,当Fe功率为40W时薄膜的磁性最大,此时饱和磁化强度Ms=0.49μB/Fe。3.分别在衬底温度为室温、250℃、400℃、500℃时制备了样品,衬底温度为400℃时薄膜的晶粒大小均匀,结晶最好,并且该温度下薄膜有最大的磁化饱和强度,Ms=0.64μB/Fe。4.选取Fe溅射功率为40W,衬底温度为400℃的样品薄膜,分别对其在真空和氧气氛围下退火,并与未退火的薄膜做比较,发现真空中退火后薄膜的饱和磁化强度有所增加,而氧气中退火后样品磁性却减小,这说明氧空位对薄膜的磁性有一定的影响。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 引言1.2 稀磁半导体1.2.1 稀磁半导体的概念1.2.2 稀磁半导体的研究进展1.3 ZnO 及掺杂ZnO1.3.1 ZnO 的晶体结构1.3.2 掺杂ZnO 的光学特性1.3.3 掺杂ZnO 的电学特性1.3.4 掺杂ZnO 的磁学特性1.3.5 气敏特性1.3.6 压电特性1.4 稀磁半导体中的交换作用1.5 选题依据和研究内容1.5.1 选题依据1.5.2 研究内容第二章 样品的制备及表征1-xFexO 薄膜的制备——磁控溅射法'>2.1 Zn1-xFexO 薄膜的制备——磁控溅射法2.1.1 设备简介2.1.2 溅射室的清洁2.1.3 衬底的清洗2.1.4 实验过程1-xFexO 薄膜工艺'>2.1.5 磁控溅射法制备Zn1-xFexO 薄膜工艺1-xFexO 薄膜的制备——溶胶-凝胶法'>2.2 Zn1-xFexO 薄膜的制备——溶胶-凝胶法2.2.1 溶液的制备2.2.2 清洗基片1-xFexO 薄膜工艺'>2.2.3 溶胶-凝胶法制备Zn1-xFexO 薄膜工艺2.3 样品的表征2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）2.3.2 X 射线衍射频谱XRD2.3.3 X 射线光电子能谱（XPS）2.3.4 光致激发谱（PL）2.3.5 磁性的测量2.4 本章小结1-xFexO 薄膜实验结果分析'>第三章 溶胶-凝胶法制备Zn1-xFexO 薄膜实验结果分析3.1 XRD 分析3.2 SEM 表面形貌分析3.3 XPS 价态分析1-xFexO 薄膜的PL 分析'>3.4 Zn1-xFexO 薄膜的PL 分析3.5 样品磁性分析3.6 薄膜的磁各向异性3.7 本章小结1-xFexO 薄膜实验结果分析'>第四章 磁控溅射法制备Zn1-xFexO 薄膜实验结果分析1-xFexO 薄膜的影响'>4.1 不同掺杂量对Zn1-xFexO 薄膜的影响4.1.1 实验参数4.1.2 XRD 分析4.1.3 XPS 分析4.1.4 磁性的测量1-xFexO 薄膜的影响'>4.2 衬底温度对Zn1-xFexO 薄膜的影响4.2.1 实验参数4.2.2 XRD 分析1-xFexO 薄膜磁性的影响'>4.2.3 衬底温度对Zn1-xFexO 薄膜磁性的影响1-xFexO 的影响'>4.3 退火氛围对Zn1-xFexO 的影响4.3.1 实验参数4.3.2 XRD 分析4.3.3 磁性的测量4.3.4 磁性产生的分析4.4 本章小节第五章 结论及展望5.1 结论5.2 研究中的不足与展望参考文献发表论文和科研情况说明致谢
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