Ce1Y2Fe5O12和HfxZn1-xO薄膜的制备及性能研究

论文摘要

掺铈钇铁石榴石磁光薄膜,由于具有巨法拉第效应,在高性能非互易波导型器件、集成光学型光隔离器等方面得到广泛的应用。掺杂可改善ZnO薄膜的光电性能而成为目前研究的热点,尤其在有机柔性衬底上生长的ZnO基薄膜具有可卷曲、重量轻等独特的优点,在电子报纸、大视角柔性显示器等领域的应用而引起人们极大的研究兴趣。本文利用脉冲激光沉积（Plused Laser Deposition PLD）技术,选取CelY2Fe5O12和Hf掺杂ZnO（HfxZn1-xO）两种多元氧化物薄膜为研究对象,分别研究了制备工艺、热处理参数、不同掺杂量对两种薄膜结构、磁性能和光、电学性能的影响,获得了如下主要结果:1、利用PLD方法分别在GGG（111）和Si（100）衬底上沉积了CelY2Fe5O12薄膜,对不同衬底上薄膜结构和磁性能分析结果显示:衬底温度为800℃时,可在GGG衬底上制备出具有良好YIG（444）取向的CelY2Fe5O12薄膜,薄膜为顺磁性;而在Si衬底上沉积的CelY2Fe5O12薄膜为非晶结构,经700℃空气中热处理后,薄膜转变为多晶结构,并显示出较强的铁磁性。2、研究了退火温度和Si02过渡层对Si（100）衬底上CelY2Fe5O12薄膜结构和磁性能的影响,结果表明:当退火温度为700℃时,薄膜为接近单一相的Ce1Y2Fe5O12多晶结构,随着退火温度的升高,薄膜出现相分离反应,先是Ce元素以CeO2的形式析出,然后Y3Fe5O12继续分解产生Fe2O3,使得薄膜的饱和磁化强度先增加后减小,且与薄膜中存在的氧空位相关联;比较Si和SiO2/Si衬底上沉积的CelY2Fe5O12薄膜得出, SiO2过渡层由于能够有效抑制薄膜中氧空位的产生,从而提高薄膜的饱和磁化强度。3、通过PLD方法,分别在Si（100）和柔性PET衬底上生长了不同Hf含量掺杂的HfxZn1xO薄膜,对其微结构和光学性能进行了研究。结果表明,在两种衬底上都可以实现Hf4+离子在ZnO薄膜中的有效掺杂,薄膜具有较高的透射率,荧光光谱显示364nm和380nm两紫外荧光峰共存现象。对于Si衬底上的HfxZnl-xO薄膜,在H晗量为0≤x≤15 mol%范围,薄膜始终保持为单相ZnO的六角纤锌矿结构,且具有高度c轴择优取向。而对于PET衬底上的HfXZn1-xO薄膜,当H晗量大于5 mol%时,薄膜开始向非晶结构转变。不同Hf掺杂量对HfxZnl-XO薄膜的结构和性能的影响表现为:随Hf含量的增加,ZnO薄膜的晶格常数增加,晶粒减小,荧光强度显著增强,薄膜带隙宽度变大,但荧光峰位置基本不变,分析表明荧光峰可能起源于Hf杂质能级和价带间的跃迁。4、5Pa氧压条件下沉积了一系列低Hf含量（Hf含量为0≤x≤2 mol%）HfxZn1-xO薄膜,对其透明导电性能的研究表明,薄膜具有较高的透射率,随掺杂量增大,薄膜方块电阻先减小后增大。当Hf含量0.5 mol%时,薄膜方块电阻可下降到16 Ω/□（电阻率约为1.2×10-3Ω.cm）,而其透射率则仍高于85%。

论文目录

• 论文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 掺铈钇铁石榴石磁光薄膜的研究现状
• 1.3 掺杂ZnO薄膜的特性和研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 薄膜制备和性能表征技术
• 2.1 脉冲激光沉积技术
• 2.2 薄膜性能表征技术
• 1Y₂Fe₅O₁₂薄膜的制备及其性能'>第三章 Ce₁Y₂Fe₅O₁₂薄膜的制备及其性能
• 1Y₂Fe₅O₁₂结构分析和薄膜设计'>3.1 Ce₁Y₂Fe₅O₁₂结构分析和薄膜设计
• 3.2 薄膜制备与表征
• 1Y₂Fe₅O₁₂薄膜的制备及其特性'>3.3 GGG衬底上Ce₁Y₂Fe₅O₁₂薄膜的制备及其特性
• 1Y₂Fe₅O₁₂薄膜的性能'>3.4 单晶Si衬底上Ce₁Y₂Fe₅O₁₂薄膜的性能
• 2/Si衬底上Ce₁Y₂Fe₅O₁₂薄膜的性能'>3.5 SiO₂/Si衬底上Ce₁Y₂Fe₅O₁₂薄膜的性能
• 2过渡层对Ce₁Y₂Fe₅O₁₂薄膜性能的影响机制'>3.6 SiO₂过渡层对Ce₁Y₂Fe₅O₁₂薄膜性能的影响机制
• 3.7 本章小结
• xZn_1-xO薄膜的制备及其性能'>第四章 Hf_xZn_1-xO薄膜的制备及其性能
• xZn_1-xO结构分析和薄膜设计'>4.1 Hf_xZn_1-xO结构分析和薄膜设计
• 4.2 薄膜制备与表征
• xZn_1-xO薄膜的性能'>4.3 单晶Si衬底上Hf_xZn_1-xO薄膜的性能
• xZn_1-xO薄膜的性能'>4.4 柔性PET衬底上Hf_xZn_1-xO薄膜的性能
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 参考文献
• 致谢