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近几年来,稀磁半导体由于其在自旋电子器件中的应用前景而受到很大的关注。在传统的Ⅲ—Ⅴ和Ⅱ—Ⅵ半导体材料中,ZnO和GaN特别受到关注。这是因为在2000年,Dietl等人理论预言,如果过渡族金属离子Mn2+能够掺入ZnO和GaN半导体中,就能获得居里温度高于室温的稀磁半导体。作为宽禁带的半导体材料,ZnO薄膜尤其受到人们的关注。它被期待应用于紫外发光源,透明高功率电子元件,表面声波元件和自旋功能元件。因此,ZnO基稀磁半导体的工作如火如荼的展开。但是结果各不相同。有的小组得到了室温铁磁性,有些小组发现了低温铁磁性,有的小组没有发现铁磁性。我们认为,ZnO基稀磁半导体的磁性的差异来源于制各方法的差别或者其生长条件的差异所导致的材料微结构的差异。
本研究利用PECVD的方法,成功的在低温下制备出具有室温铁磁性的Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜,系统的研究了薄膜的结构,表面形貌,光学性质和磁学性质。XRD结果表明,不同Co浓度掺杂的Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜具有ZnO纤维锌矿六角结构。室温光致发光谱研究发现,所有薄膜样品存在带边发射,并且随着Co含量的增多而出现蓝移现象。XRD衍射图谱和PL谱的结果表明,Co2+部分取代Zn2+,占据晶格中Zn2+的位置。从扫描电子显微镜的结果可以看到,随着Co含量的增加,薄膜中颗粒不断减小采用SQUID进行磁性测量,发现Zn1-xCoxO(x=0.02,0.06)薄膜都具有室温铁磁性,居里温度Tc>300K。并且随着Co含量的增加,磁性增强。